电化学测试方法

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资源描述

电化学测试一般步骤:1.玻璃仪器、对电极清洗三口电解池,棕色容量瓶(高氯酸),容量瓶(硫酸),烧杯,移液管先用自来水冲洗干净后,加入洗洁精放在超声池中超声半小时,再用自来水冲洗3-4次,然后用超纯水冲洗3-4次,沥干,放入铬酸清洁液24h以上,取出后用超纯水清洗3-4次,再存放在1M的硝酸溶液中,用前取出用超纯水冲洗3次,晾干。Pt对电极清洁,在1M硝酸溶液中扫2次CV(0-1.8或1.5V,50圈,200mV/S),扫完一次之后再更换溶液接着再扫,直到氢的吸脱附区形状(0-1.2V,10圈,,200mV/S)(3个特征峰全出),用完之后再放置在1M硝酸溶液中保存。碳棒电极,先清洗,然后在1M硝酸溶液中扫CV(0-1.8或1.5V,50圈),用完之后再放置在11M硝酸溶液中保存。2.HClO4(0.1mol/L)溶液配置现配现用。取1L的棕色容量瓶,用超纯水清洗多遍(至少3遍),用干净并且干燥的移液管移取8ml99.99%优级纯高氯酸(进口的高氯酸,3个月用完,分解出氯离子)至容量瓶中,定容。买一个pH计。跟大化所一款的移液枪。3.参比校正所有的电解池、参比电极、对电极在测试前用0.1mol/LHClO4润洗3次。在含有0.1MHClO4电解液的五口烧瓶中通氢气1h至饱和,以Pt丝为对电极和工作电极,待校正参比电极为参比电极,(1)直接读三电极体系的开路电压,开路电压就是参比电极的电位;(2)扫CV,先测开路电压,然后在开路电压正负10mV区间来扫CV,扫描速度1mV/s,电压稳定时电流为0处所对应的电压值为参比电极校正电位。参比电极应每天测试前校正防止电位漂移。4.工作电极准备抛光粉和麂皮电极打磨处理,最细的Al2O3,走8字30次,水洗、硝酸洗、碱洗、醇洗,盖帽子,照出人影。墨水滴制备:称量2mg催化剂样品放入试管中,再用移液枪加入800微升乙醇和5微升5%Nafion溶液,超声混合30min-60min,到样品均匀分散到溶液中为止。(以20%商业Pt/C,载量为5ug为例)墨水滴制备:称量2mg催化剂样品放入试管中,再用移液枪加入800微升乙醇,超声混合30min-60min,到样品均匀分散到溶液中为止。再滴1滴0.1%的Nafion到电极表面。(以20%商业Pt/C,载量为5ug为例)控制浓度:催化层涂覆:用移液枪移取10μL混合液,分多次涂覆在玻碳电极表面,干燥后待用。(如下图)表面有气泡:5.电极极化(活化催化剂)取0.1MHCLO4溶液于三口瓶中,Pt丝为对电极,Ag/AgCl电极为参比电极,涂覆了样品的玻碳电极为工作电极,在N2饱和0.1MHClO4溶液中循环伏安扫描50-100圈,使催化剂活化,扫描范围是0-1.2Vvs.RHE,扫描速度是50mV/s。再更换溶液扫CV20-30圈,6.极化曲线测定在O2饱和0.1MHClO4溶液中进行氧还原极化曲线测试,先从1.1Vvs.RHE扫到0Vvs.RHE,然后再从0Vvs.RHE扫到1.1Vvs.RHE,扫描速率10mV/s,取0Vvs.RHE扫到1.1Vvs.RHE的数值绘制极化曲线。此测试是于旋转圆盘电极上进行,转速设为1600rpm。7.甲醇氧化测试活化完之后在N2饱和的0.1MHClO4+0.5MCH3OH溶液中进行甲醇氧化的测试,电位区间一般为0-1.0v(vs.RHE),扫描30-50圈(根据样品需求),扫描速度为50mV/s.8.稳定性测试(老化前,老化,老化后)8.1(老化前)CV:取0.1MHClO4溶液于五口瓶中,Pt丝为对电极,Ag/AgCl电极为参比电极,涂覆了样品的玻碳电极为工作电极,在N2饱和0.1MHClO4溶液中循环伏安扫描50-100圈,使催化剂活化,扫描范围是0-1.2Vvs.RHE,扫描速度是50mV/s。LSV:极化曲线测定,在O2饱和0.1MHClO4溶液中进行氧还原极化曲线测试,先从1.1Vvs.RHE扫到0Vvs.RHE,然后再从0Vvs.RHE扫到1.1Vvs.RHE,扫描速率10mV/s,取以0Vvs.RHE扫到1.1Vvs.RHE的数值绘制极化曲线。8.2(老化)N圈CV曲线和极化曲线测试。将极化曲线测试后的电极在O2饱和0.1MHClO4溶液中进行循环伏安扫描,扫描电位区间0.6-1.1VVs.RHE,扫描速度50mV/s,扫描圈数N圈。8.3(老化后)CV:将N圈扫描后的电极在N2饱和0.1MHClO4溶液中循环伏安扫描活化5-100圈,扫描电位区间0-1.2VVs.RHE,扫速50mV/s的条件下。LSV:然后再在O2饱和0.1MHClO4溶液中进行氧还原极化曲线测试,先从1.1Vvs.RHE扫到0Vvs.RHE,然后再从0Vvs.RHE扫到1.1Vvs.RHE,扫描速率10mV/s,取以0Vvs.RHE扫到1.1Vvs.RHE的数值绘制极化曲线注意事项:1、测试过程中,图形噪音太大,可能是因为旋转圆盘与玻碳电极接口没有拧好,或是接口处沾水。处理方法:取下玻碳电极,将接口处小心擦拭干净,重新装上旋转圆盘。(夹子要定期除锈)2、旋转圆盘电极在开启旋转需要从低转速下慢慢升至高转速,不能直接从0r/s升至1600r/s,以免对设备造成损坏。3、在测LSV时,氧气一定要通饱和,一般氧气通1h以上。同时,测试时,通气管气体流量不能太大,以免影响测试数据或冲掉玻碳电极上的样品。4、老化过程中,由于一需要的时间都比较长,高氯酸见光容易分解从而影响实验的结果,故测试中应用锡箔纸将五口瓶封住,使高氯酸处于避光的环境。5、如遇到测试时曲线出现明显异常,或无电流。可取下电极夹头,重新夹上,可能是由于接头接触不良导致。6、甲醇氧化测试过程中,甲醇可能会因为气体的通入而被带走,从而影响测试结果,所以,测试时尽量采取密闭的操作环境。7、测试中催化剂中毒的原因:铂丝电极可能会被污染;高氯酸的瓶子不干净,其他人可能配含有有机物的溶液.超纯水可能出现问题;注意氯离子污染。数据后处理过程:(1)粒径大小测量:通过TEM看颗粒是否发生团聚(2)催化剂的晶型结构:通过测试XRD,判断催化剂的合金化程度以及其晶型结构。(3)电极催化剂含量测试(ICP):电化学测试完成后,将催化剂从电极上超声下置于坩埚中,等干燥后,在马弗炉中900℃煅烧30min,然后用王水煮30mi到金属全部溶解,转移至100mL容量瓶中,定容。然后进行电感耦合等离子体(ICP)测试,取25ul1000ug/mL的Pt标准溶液于250mL容量瓶中,定容后浓度为0.1ug/mL,再取上述溶液10mL、20mL、30mL、40mL、50mL于100mL容量瓶中,定容,浓度分别为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05ug/mL。以标准溶液做曲线,然后测试待测液浓度,计算电极催化剂中Pt的含量。(4)催化剂的电化学活性表面积(ECSA)是通过CO溶入来计算的,工作电极先在0.1MHClO4中通入CO气体10min,然后在N2饱和的0.1MHClO4溶液中扫CV进行脱附,扫描范围为0-1.2VvsRHE下扫描10圈,下式进而计算出催化剂中Pt的ECSA错误!未找到引用源。(1)其中,错误!未找到引用源。(mC)是CO溶入峰的积分面积得到总的电量,0.42mCcm-2是CO单层吸附到催化剂表面的电荷,[Pt]是负载到电极表面催化剂的质量,单位是g/m2。(5)IR-free校正:校正后的电位=实际测试电位-阻抗测试电阻*实际测试电流,用校正后的电流密度和电位做图。(6)质量活性计算:通过IR-free校正后的极化曲线先计算出动力学电流JK,然后再除以电极中Pt的含量。JK通过下式计算:质量比活性通过下式计算:其中,JD是极限扩散电流,J是在0.9V下IR-free校正后所得的电流,[Pt]是通过ICP测试得到的电极上Pt的含量。(7)比表面活性计算:其中,MA是质量比活性,电化学活性表面积(ECSA)。

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