欠电势沉积 请收下这篇准确测量电催化的指南

电化学在能量储存和转换方面有着广泛的应用，因此成为纳米材料的一个重要领域。随着合成和表征技术的进步，研究人员在理解析氢(HER)、析氧(OER)、氧还原(ORR)和二氧化碳还原(CO2RR)等催化反应机理方面取得了很大进展。

很多论文提出的问题是如何合理比较纳米材料的催化活性。

国际领先的纳米材料杂志《ACS Nano》的编辑们专门制定了一套精确测量电催化的指南，希望能帮助研究人员更客观地报道纳米材料的催化性能。

标准电极电位是电催化反应的热力学性质，我们经常需要在负载催化剂的电极上施加高于标准电位的电位来驱动反应。这个电势与平衡电势之差称为超电势(η)。

起始电势由图1a中的箭头示出，即从非法拉第电流到法拉第电流的极化曲线(或循环伏安法)上的转折点。通常，过电位和初始电位被认为是评价催化性能的重要指标。除了热力学参数之外，还可以从Tafel曲线，即电流密度的对数与过电位的关系曲线(如图1b所示)得到动力学、反应机理等信息。塔菲尔斜率的值代表一个特定的反应路径。测量该参数时，电位应覆盖足够的范围(达到150 mV过电位)，以便更准确地了解电极反应动力学。

图1

(a)极化曲线(b)Tafel曲线(c)平面电极(d)纳米结构电极

评价纳米材料活性的一个非常重要的参数是电极的表面积。纳米材料的电化学活性表面积通常与其几何面积大相径庭(图1c和d)。电化学表面积通常可以通过非法拉第电流(充电电流)来计算。在双电层区扫描得到的电流与扫描速度成正比，斜率为双电层电容。双电层电容与平面电极电容之比称为粗糙度。电化学活性表面积可以通过粗糙度和几何尺寸的乘积来获得。值得注意的是，对于非活性纳米材料(如纳米碳颗粒)，双电层电容测得的面积高于实际，因此电化学活性面积应通过欠电位沉积或电子显微镜获得。比较电流密度时，必须用电化学活性面积来归一化电流。在不考虑电化学面积的情况下，转化效率(飞行时间、反应产物数/催化剂数)可用于评估催化性能。

在测量电催化活性时，我们经常使用三电极系统:工作电极、参比电极和反电极。工作电极通常由负载催化剂纳米粒子的玻碳电极组成。电流通常通过外部电路在工作电极和反电极之间流动。玻碳制成的工作电极需要高洁净度和低粗糙度，以免影响对催化剂本身性能的测量。

在选择反电极材料时，需要确保它们不会引入活性物质，例如，铂在酸性条件下不适合作为反电极。在研究二氧化碳的还原时，不建议使用碳电极，因为反应产物可能被污染。

无论如何，仔细分析没有错，可以让我们更好的理解电化学分析，得到更高效的实验结果。希望以上指南能帮助我们规范纳米材料的催化性能，减少假阳性检测结果。

本文由《物质人》科学顾问Y博士投稿，由《物质人》编辑部编辑。

cailiaorenvip