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旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極在電解水制氫中的應(yīng)用

更新時間:2025-05-05      點(diǎn)擊次數(shù):119

       旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極(Rotating Ring-Disk Electrode, RRDE)在電解水制氫(HER, Hydrogen Evolution Reaction)研究中是一種重要的電化學(xué)工具,主要用于反應(yīng)機(jī)理分析、中間產(chǎn)物檢測和催化劑性能評估。以下是其應(yīng)用和原理的詳細(xì)說明:

1. RRDE的基本原理

RRDE由中心的圓盤電極(Disk)和外圍的環(huán)電極(Ring)組成,兩者絕緣隔離。圓盤上發(fā)生電解水反應(yīng)(如HER),生成的中間產(chǎn)物(如H?O?、OH?等)可能隨流體被旋轉(zhuǎn)的離心力甩到環(huán)電極上,通過環(huán)電極的電位設(shè)置可檢測這些產(chǎn)物的氧化/還原電流。

2. 在電解水制氫中的應(yīng)用

(1)HER催化劑性能評估

(2)反應(yīng)機(jī)理研究

(3)OER與HER耦合分析

在整體水分解中,陽極發(fā)生析氧反應(yīng)(OER),可能產(chǎn)生腐蝕性中間體(如•OH)。RRDE可同步研究OER對陰極HER的影響,優(yōu)化全電解槽設(shè)計。

3. 實驗設(shè)計示例

  1. 催化劑修飾:將待測催化劑涂覆在圓盤上,環(huán)電極保持惰性(如Pt或碳)。

  2. 電位設(shè)置:

    • 圓盤:掃描HER電位區(qū)間(如-0.2至-1.0 V vs. RHE)。

    • 環(huán)電極:固定能氧化H?O?的電位(如+1.2 V vs. RHE)。

  3. 數(shù)據(jù)分析:

    • 通過環(huán)電流計算H?O?產(chǎn)率,判斷催化劑選擇性。

    • 結(jié)合旋轉(zhuǎn)速度變化,研究傳質(zhì)對反應(yīng)的影響。

4. 優(yōu)勢與局限性

5. 相關(guān)文獻(xiàn)案例

總結(jié)

RRDE在電解水制氫中主要用于機(jī)理解析和催化劑優(yōu)化,尤其在區(qū)分反應(yīng)路徑、副產(chǎn)物檢測方面不可替代。結(jié)合其他技術(shù)(如原位光譜),可更全面理解電催化過程。


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