Misurazioni elettrochimiche di catalizzatori supportati mediante l'utilizzo di un potenziometro/galvanometro

1. Inchiostro catalizzatore e preparazione dell'elettrodo di lavoro

Precauzioni di sicurezza: I metalli supportati sul nerofumo devono essere maneggiati in una cappa aspirante o in un involucro di bilanciamento fino a quando non è in forma di sospensione poiché queste polveri sono rischi per inalazione.

1. Utilizzando una bilancia chiusa, pesare 5-10 mg di catalizzatore metallo/nerofumo e aggiungere a un flaconcino di vetro con un tappo.
2. Utilizzando una micropipetta, diluire il catalizzatore con acqua in modo tale che la concentrazione finale sia di 7,5 mg di catalizzatore per ml di acqua.
3. Durante la sonicazione, 100 μL di soluzione di Nafion 117 per mL di acqua vengono aggiunti alla sospensione.
4. L'inchiostro deve essere sonicato per almeno 10 minuti per garantire una dispersione uniforme e la completa miscelazione del supporto nerofumo con l'agente legante.
5. Mentre l'inchiostro è sonicante, un elettrodo a disco di carbonio vetroso da 3 mm deve essere pulito e lucidato strofinandolo con un movimento circolare vorticoso su un cuscinetto di allumina morbida coperto con una soluzione di allumina da 0,05 μm. Dovrebbe quindi essere risciacquato abbondantemente con acqua per rimuovere l'allumina.
6. Successivamente, 7 μL di inchiostro vengono gocciolati su un elettrodo a disco di carbonio vetroso da 3 mm lucidato e orientato verticalmente. L'elettrodo di lavoro viene quindi essiccato a 80 °C per 1 ora se il catalizzatore è stabile all'aria o evaporato sotto un vuoto debole per 30 minuti se il catalizzatore è sensibile all'aria.

2. Preparazione delle celle elettrochimiche

Precauzioni di sicurezza: Guanti, labcoat e occhiali di sicurezza devono essere sempre indossati, ma è particolarmente importante per lavorare con la soluzione di acido solforico. Se qualche goccia di soluzione si rovescia sui polsi, deve essere lavata con acqua e sapone per 15 minuti. Per le fuoriuscite maggiori, la rimozione degli indumenti contaminati e l'uso del lavaggio oculare o delle docce devono essere utilizzati per 15 minuti seguiti da una consultazione medica. I cavi elettrici non devono essere toccati una volta posizionati sulla cella elettrochimica.

1. Una cella di vetro viene riempita con 10 mL di 0,5 M H₂SO₄ e degassata per almeno 30 minuti con un flusso di azoto ad altissima purezza
2. I tappi in teflon delle celle elettrochimiche hanno 3 porte per l'elettrodo di lavoro, il controelettrodo e l'elettrodo di riferimento
3. L'elettrodo di riferimento Ag/AgCl viene rimosso dalla sua soluzione di 1 M KCl, risciacquato accuratamente con acqua DI e quindi inserito nella cella.
4. Il controelettrodo a filo di platino platinizzato viene risciacquato accuratamente con acqua DI e quindi inserito nella cella.
5. L'elettrodo di lavoro essiccato viene risciacquato con acqua DI e quindi inserito nella cella.
6. Il potenziostato è acceso.
7. Il cavo dell'elettrodo bianco viene collegato per primo e collegato all'elettrodo di riferimento.
8. Il cavo dell'elettrodo rosso viene quindi collegato all'elettrodo del contatore del filo Pt.
9. Il cavo dell'elettrodo verde viene quindi collegato all'elettrodo di lavoro metallo/nero carbonio.
10. Un piccolo flusso di spurgo N₂ viene lasciato continuamente gorgogliare nell'elettrolita.
11. Assicurarsi che nessun cavo si tocchi e che non vi sia alcun contatto elettrico diretto tra i 3 elettrodi se non con l'elettrolita 0,5 M H₂SO_4.

3. Analisi elettrochimica

1. Dopo aver acceso il potenziostato, eseguire almeno 20 cicli di condizionamento tra 0 e 0,4 V rispetto a RHE a 50 mV/s utilizzando CV. Questo viene eseguito scegliendo CV come tecnica e inserendo i limiti di potenziale superiore e inferiore, nonché la velocità di scansione.
2. La voltammetria a sweep lineare (LSV) può quindi essere eseguita scegliendo LSV come tecnica e specificando un potenziale iniziale, un potenziale finale e una velocità di scansione. La velocità di scansione per LSV è in genere molto inferiore a CV, di solito 1 – 2 mV / s in modo che le correnti capacitive diventino molto più basse delle correnti derivanti da reazioni superficiali faradaiche
3. La cronoamperometria (CA) viene eseguita scegliendo CA o "Curva amperometrica i-t" come tecnica e specificando il potenziale fisso e il periodo di tempo in cui lo strumento deve contenere l'elettrodo di lavoro come potenziale fisso.
4. La cronopotenziometria (CP) viene eseguita scegliendo CP come tecnica. CP può essere eseguito in una serie di passaggi correnti in cui una corrente viene specificata per un certo periodo di tempo seguita da una nuova corrente per un determinato periodo di tempo. Queste correnti applicate possono coprire sia correnti anodiche che catodiche all'interno della stessa misurazione CP.
5. Al termine dell'analisi elettrochimica, spegnere il potenziostato.
6. Scollegare i conduttori dell'elettrodo e conservarli in un luogo asciutto lontano da liquidi per evitare la corrosione.
7. Rimuovere l'elettrodo di riferimento e risciacquare con abbondanti quantità di acqua DI. Quindi riportare l'elettrodo di riferimento direttamente alla sua soluzione di stoccaggio da 1 M KCl. La punta di questo elettrodo non dovrebbe mai essere lasciata asciugare.
8. Rimuovere il contatore di fili Pt e risciacquare abbondantemente con acqua DI
9. Rimuovere l'elettrodo di lavoro e risciacquare abbondantemente con acqua DI e quindi utilizzare un Kimwipe con acetone per rimuovere facilmente l'inchiostro catalizzatore essiccato dalla superficie dell'elettrodo di lavoro. Si consiglia di lucidare gli elettrodi immediatamente dopo l'uso.
10. Disattivare lo spurgo N_2.
11. Svuotare l'elettrolita usato in un contenitore di rifiuti acido. Risciacquare la cella di vetro e il cappuccio in teflon con abbondanti quantità di acqua DI.