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电化学应用在电催化领域研究方向及常见电化学器材

更新时间:2024-04-19点击次数:157

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这是一篇2017年发表于science的材料设计综述。插图中为我们展示了未来能源的利用路径。未来我们将太阳能、风能、水力发电、火力发电以电网形式一路输送至电力运输系统,另一路用于电化学氮还原合成氨、二氧化碳还原制备碳氢化合物、电解水制备氢能。其中氨可用于农业,碳氢化合物用于化学品,氢气用于燃料电池。

 

因此,我们电催化领域重点关注氢燃料电池阳的氢氧化(HOR)、阴的氧还原(ORR),电解水制氢阳的氧析出(OER)、阴的氢析出(HER),碳循环中阴的二氧化碳还原(CO2RR),氮循环中阴的氮还原(NRR),产业化研究中可能要关注它们的氧化还原全反应。


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其实电化学应用的范围十分广泛。在《电化学原理与应用》第一页中,描述了电化学“可用于不同现象、各类器件、各种电池和各种技术等不同领域"。

 

我们初中学习过电解水装置,它基本由阴极电极、阳极电极(两电极体系)、电解液、电化学池(烧杯、量筒)组成。电化学发展到现在,已经有三电极、四电极甚至五电极体系了。右图就是一个三电极体系示意图,分别由电化学工作站、电解池、工作电极(WE)、参比电极(RE)、对电极(CE)、液态电解液等组成。


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三电极体系的工作电极是我们主要的研究对象,当我们研究还原反应时,它就作为阴极,当我们研究氧化反应时,它可以当阳极。

对电极一般由石墨或铂金组成,与工作电极形成回路,组成氧化还原反应对。

参比电极在三电极体系中充当基准角色,帮助电化学工作站准确定位工作电极和对电极上的电位差。参比电极常见有饱和甘汞电极,适用于酸性、中性电解液;银/氯化银电极,适用于中性,短期可用于酸性。


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它们具体的电极电势与保护液的浓度相关,大家可与厂商询问参考值或自己做矫正实验得出。

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