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石英晶體微天平QCM在電催化中的應(yīng)用

更新時(shí)間:2025-06-18      點(diǎn)擊次數(shù):243

  ·石英晶體微天平(QuartzCrystalMicrobalance,QCM)是一種高靈敏度的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù),通過(guò)測(cè)量石英晶體諧振頻率的變化來(lái)表征表面納克級(jí)質(zhì)量變化。在電催化研究中,QCM因其原位、實(shí)時(shí)和高靈敏度的特性,被廣泛應(yīng)用于界面過(guò)程、質(zhì)量傳遞和反應(yīng)機(jī)理的探究。其在電催化中的主要應(yīng)用及優(yōu)勢(shì):

  ·1.電催化劑表面吸附/脫附過(guò)程的監(jiān)測(cè)

  ·反應(yīng)中間體的吸附行為:

  ·QCM可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電催化過(guò)程中反應(yīng)物或中間體在催化劑表面的吸附質(zhì)量變化(如CO、H?、OH?等),結(jié)合電化學(xué)信號(hào)(電流、電位)可關(guān)聯(lián)吸附量與催化活性。

  ·示例:研究CO在Pt催化劑上的氧化過(guò)程,通過(guò)頻率變化推導(dǎo)吸附層厚度與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

  ·電解質(zhì)離子的界面行為:

  ·檢測(cè)雙電層中溶劑化離子的吸附/脫附(如H?O、OH?),揭示電位驅(qū)動(dòng)的界面重構(gòu)機(jī)制。

石英晶體微天平QCM在電催化中的應(yīng)用

 

  電化學(xué)石英晶體微生物(EQCM)和環(huán)狀伏安法(CV)測(cè)量用于表征碳化物衍生的碳(CDC)的離子吸附?

  2.電催化劑的動(dòng)態(tài)質(zhì)量變化分析?

  催化劑氧化/還原過(guò)程中的質(zhì)量變化:

  監(jiān)測(cè)金屬氧化物(如IrO?、RuO?)在OER過(guò)程中的氧化態(tài)轉(zhuǎn)變,通過(guò)頻率偏移計(jì)算氧物種的生成/消耗量。

  示例:Ni(OH)?/NiOOH相變時(shí)伴隨的質(zhì)子與電子轉(zhuǎn)移,QCM可量化非法拉第過(guò)程的貢獻(xiàn)。?

  腐蝕或穩(wěn)定性評(píng)估:

  實(shí)時(shí)追蹤催化劑在循環(huán)電位下的溶解或剝離(如Pt在酸性介質(zhì)中的降解),為穩(wěn)定性?xún)?yōu)化提供依據(jù)。

  3.電沉積與催化劑生長(zhǎng)機(jī)理研究?

  納米催化劑的電化學(xué)沉積:

  精確控制金屬(如Pt、Au、Cu)或金屬氧化物的電沉積速率,通過(guò)頻率-質(zhì)量關(guān)系(Sauerbrey方程)計(jì)算沉積層厚度,優(yōu)化形貌與活性。?

  自組裝膜或分子修飾:

  表征硫醇、聚合物等修飾層在電極表面的覆蓋度,研究其對(duì)催化位點(diǎn)的調(diào)控作用。?

  4.電催化界面溶劑化效應(yīng)?

  溶劑/電解質(zhì)對(duì)界面過(guò)程的影響:

  通過(guò)頻率(Δf)和耗散(ΔD)分析,研究不同溶劑(水、有機(jī)電解液)中界面粘彈性變化,揭示溶劑化層對(duì)電荷轉(zhuǎn)移的阻礙或促進(jìn)作用。?

  5.聯(lián)用技術(shù)增強(qiáng)分析能力?

  EQCM(電化學(xué)石英晶體微天平):

  結(jié)合循環(huán)伏安法(CV)或阻抗譜(EIS),同步獲取質(zhì)量變化與電化學(xué)信號(hào),區(qū)分法拉第與非法拉第過(guò)程。

  示例:在CO?還原中,通過(guò)EQCM區(qū)分吸附的*COOH中間體與析氫副反應(yīng)的質(zhì)量貢獻(xiàn)?

  QCM-D(耗散模式):

  分析軟物質(zhì)(如聚合物電解質(zhì)、生物分子)在催化界面上的粘彈性行為,適用于燃料電池或生物電催化體系。


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