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一、旋轉(zhuǎn)圓盤環(huán)盤電極原理簡介
旋轉(zhuǎn)圓盤電極裝置是一種可以旋轉(zhuǎn)的工作電極,屬于電化學附件范疇,專用于電化學工作站,應用于電化學研究,比如電化學催化研究、電化學腐蝕研究等。
旋轉(zhuǎn)的工作電極,可以與電解溶液形成強制對流,并進行電化學研究,被稱作電化學動力學方法。與靜止的工作電極相比,旋轉(zhuǎn)的工作電極可以研究一些靜止工作電極無法做到的內(nèi)容。待研究的樣品在工作電極頭(玻碳盤電極頭)表面發(fā)生反應,產(chǎn)生電信號。例如,研究人員要研究燃料電池催化劑Pt的氧氣還原性能,就必須利用旋轉(zhuǎn)工作電極。旋轉(zhuǎn)圓盤電極裝置即是一種旋轉(zhuǎn)的工作電極。它的作用是提供精準的轉(zhuǎn)速,讓工作電極頭與電解溶液形成強制對流,然后利用電化學工作站進行電化學動力學研究。
二、實驗前準備
設備檢查:確保電化學工作站線與旋轉(zhuǎn)圓盤電極裝置連接正確,檢查電極頭之間的連接是否牢固,避免實驗過程中脫落或晃動。
溶液準備:0.5mol/L的H2SO4 硫酸200ml 或 0.1mol/L的 KOH 200ml
三、操作技巧
ORR操作實驗:
酸性體系:0.1M高氯酸,25攝氏度,商業(yè)Pt/C作為催化劑,5 mg 20% Pt/C(JM公司)溶
于300uL水,700uL異丙醇,100uL 5%Nafion超聲一小時,滴10uL在5mm盤電極上,在
N2下CV50圈(0-1.23 V VS.RHE),然后LSV(1-0.2 V VS.RHE,在飽和氧氣條件
下),分別在2500、2025、1600、1225、900、625、400轉(zhuǎn)。
堿性體系:0.1M氫氧化鉀,25攝氏度,商業(yè)Pt/C作為催化劑,5 mg 20% Pt/C(JM公司)
溶于300uL水,700uL異丙醇,100uL 5%Nafion超聲一小時,滴10uL在5mm盤電極上,
在N2下CV50圈(0.2-0.9 V VS.SCE),然后LSV(0-0.9 V VS.SCE,在飽和氧氣條件
下),分別在2500、2025、1600、1225、900、625、400轉(zhuǎn)。
以下實驗采用美國PINE公司的旋轉(zhuǎn)圓盤電極,雙恒電位儀完成
(1)反應溫度25攝氏度,通過電解池外層夾套水浴控制;
(2)Pt/C催化劑的擔載量約為0.05mg/cm2;
(3)電極打磨一般先用5um拋光粉拋光,再用0.5um和0.05um拋光粉拋光至平滑;
(4)超聲時間不能太長,1h即可,否則會對電極有損傷;
(5)一般滴10uL催化劑溶液到電極表面,再用表面皿或培養(yǎng)皿或燒杯將其蓋上,自然晾干即可。不推薦烘箱高溫烘干,這種方式制備的催化劑容易裂開。若采用紅外加熱
的方式,則功率應盡量調(diào)??;
(6)LSV掃描前的CV掃描起活化電極作用,此時工作電極不旋轉(zhuǎn);
(7)LSV掃描時,推薦先從低速預掃至高速,再從高速掃至低速(采用此數(shù)據(jù));
(8)LSV掃描前,先往電解液中通入O2,掃描LSV時,繼續(xù)往電解液液面上通入O2,保證電解液中O2飽和;
(9)電解池的密封可以確保實驗過程中電解液中O2飽和。若密封不好,會造成O2逸出,實驗數(shù)據(jù)不成規(guī)律(如轉(zhuǎn)速與電流不成正相關(guān)性)。
四、注意事項
電極打磨:選擇合適的拋光材料和拋光布,確保電極表面平整光滑。
催化劑制備:在制備催化劑溶液時,應確保溶液的濃度和均勻性。滴加催化劑溶液后,應讓其自然晾干避免高溫烘干導致催化劑裂開。
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