ORR的全测试总结

精品文档 1欢迎下载 Nafion 溶液为 1ml 稀释成 50ml 溶剂乙醇 异丙醇 DMF 等与催化剂材料有关 催化剂墨水浓度一般为 5mg ml 负载量不要超过 400ug cm 作为参照的贵金属催化剂负载量小于这个值 自行掌握 以一半居多 电解液 0 1M 的 KOH 分别测试 N2 充满的 CV O2 充满的 CV 和 LSV N2 CV 活化 活化圈数自己实验掌握 扫速为 100mV 电压窗口略小于或等于 CV 测试窗口 N2 CV 测试 电压窗口与参比电极有关 一般要换算成标准氢电极 RHE 换算公式依据能斯 特方程 E RHE E SCE 0 0591pH 0 24 对于 0 1M KOH 是 E SCE 1 0083 E RHE E NHE 0 0591pH E NHE E Ag AgCl 0 197 也有 0 21 的 这里有疑问 饱和甘汞电极 SCE 一般氢电极 NHE 对于 SCE 的 CV 测试参数 一般画图的时候画到 0 8 转换到 RHE 的时候范围是 0 2 到 1 2 因为氧气还原和氧化的 平衡电位为 1 23V ORR 的过电位就是比这个值的部分小的部分 过电位越小 能量转换效 率越高因此对于 ORR 就是电位 无论起始还是半波都是越正越好 精品文档 2欢迎下载 O2 CV 测试 参数跟 N2 一样 O2 LSV 测试参数 测试从 0 2 扫到 1 因为电极上发生的是氧还原反应 电位从正到负是还原过程 稳定性测试有两种 一种是测 i t 曲线 电位选择发生极限扩散后的电位 对于 SCE 一般 0 3 或者 0 4 时间一般要数万秒 另一种是循环几千圈 CV 后测 LSV 转移电子数的测定也有两种方法 一种是利用 K L 方程 这里引申一下解析 K L 方程 首先是 Levich 方程即 L 方程 i 是极限扩散电流 注意这个不是实际测得的极限扩散部分电流 A 是电极几何面积 D 为 扩散系数 v 为粘度系数 C 为浓度 w 为角速度 n 为转移电子数 这里有时直接用电流密度 j 那么方程中就去除面积 A 另外这里的系数 0 62 对应角速度 w 单位为 rad s 而有时系数为 0 2 对应转数 N 单 位为 r min 换算公式 w 2pai N 或者 w pai N 30 跟单位有关 但是实际测试情况为 Koutecky Levich 方程 即 K L 方程 精品文档 3欢迎下载 这里的 ik 为无任何传质作用时的电流 也就是动力学控制电流 实际测试极限扩散部分的 电流是这个电流和理论极限扩散电流共同组成的 因此求算转移电子数是极限扩散电流的倒数对角速度平方根倒数作图 得到的斜率除去常 数 剩下的就是 n 了 另外这个 ik 动力学控制电流也是评估材料活性的标准之一 相对测试的极限扩散电流 这 个电流更为权威 具体方法也是根据 K L 方程得到 这里 J 是当前电压的测试电流密度 Jd 为极限扩散电流密度 注意这里不是很清楚 不知 道是用的测定的值还是通过转移电子数计算得到的值 不过显然在某个电压下 当前测试 的电流密度越大的那个 其 Jk 也就越大 一般讨论的是某个半波电位处的 Jk 另一种测定 n 的方法是通过旋转圆盘圆环电极 RRDE 测试双氧水分解 RRDE 是双工作电极 在环上施加恒定电压 可以分解盘上产生的 H2O2 并达到极限扩散 对于 CHI 这里五根线里面黑色的是地线 双工作电极分别接绿线和黄线 设定参数为 Electrode 2 那里 对于双氧水的碱性分解电位为 1 48V vs RHE 处理数据用的公式为 精品文档 4欢迎下载 或者 这里的 N 叫环捕集系数 在圆盘电极上发生反应 反应产物通过旋转转移至圆环电极上发 生反应 但是由于溶液的径向流动部分产物会带往圆盘的边缘和扩散到溶液内部 因此产 物并不能得到完全反应 因此生成的产物与在环电极上被反应的产物之比为收集系数 需 要测定 测定是在 10mM 的 K3Fe CN 6 溶剂 这里溶剂有用体系 有用 KNO3 有用 KCl 不清楚区别 测定条件是涂抹了催化剂 O2 饱和 扫 LSV LSV 设定与正常一样 得到的 环盘电流密度比值就是捕集系数 对于 N 的理论值是通过公式计算的 实际上这个捕集系 数就是在修正环电流密度 另外这里只能用