Pomiary elektrochemiczne katalizatorów na nośniku przy użyciu potencjostatu/galwanostatu

1. Przygotowanie tuszu katalizatora i elektrody roboczej

Środki ostrożności: Metale na bazie sadzy muszą być przenoszone w dygestoria lub komorze balansującej, dopóki nie będą w formie zawiesiny, ponieważ proszki te stanowią zagrożenie dla wdychania.

1. Za pomocą zamkniętej wagi odważyć 5–10 mg katalizatora metal/sadza i dodać do szklanej fiolki z nakrętką.
2. Za pomocą mikropipety rozcieńczyć katalizator wodą tak, aby końcowe stężenie wynosiło 7,5 mg katalizatora na ml wody.
3. Podczas sonikacji do zawiesiny dodaje się 100 μl roztworu Nafion 117 na ml wody.
4. Tusz powinien być sonikowany przez co najmniej 10 minut, aby zapewnić równomierną dyspersję i całkowite wymieszanie nośnika sadzy ze środkiem wiążącym.
5. Podczas sonikacji tuszu, 3-milimetrową szklistą elektrodę węglową należy oczyścić i wypolerować, pocierając ją wirującymi ruchami okrężnymi o miękką podkładkę z tlenku glinu pokrytą roztworem tlenku glinu o wielkości 0,05 μm. Następnie należy go obficie spłukać wodą, aby usunąć tlenek glinu.
6. Następnie 7 μl tuszu kapie na wypolerowaną, pionowo zorientowaną elektrodę węglową o średnicy 3 mm. Elektroda robocza jest następnie suszona w temperaturze 80 °C przez 1 godzinę, jeśli katalizator jest stabilny w powietrzu, lub odparowywana w słabej próżni przez 30 minut, jeśli katalizator jest wrażliwy na powietrze.

2. Przygotowanie ogniwa elektrochemicznego

Środki ostrożności: Rękawice, fartuch laboratoryjny i okulary ochronne muszą być zawsze noszone, ale jest to szczególnie ważne podczas pracy z roztworem kwasu siarkowego. Jeśli krople roztworu rozleją się na nadgarstki, należy je myć wodą z mydłem przez 15 minut. W przypadku większych wycieków należy usunąć zanieczyszczoną odzież i skorzystać z płynu do płukania oczu lub prysznica przez 15 minut, a następnie skonsultować się z lekarzem. Nie należy dotykać przewodów elektrycznych po umieszczeniu ich na ogniwie elektrochemicznym.

1. Szklaną kuwalkę napełnia się 10 ml 0,5 M H₂SO₄ i odgazowuje przez co najmniej 30 minut strumieniem azotu o ultra wysokiej czystości
2. Teflonowe nasadki ogniw elektrochemicznych mają 3 porty dla elektrody roboczej, przeciwelektrody i elektrody odniesienia
3. Elektrodę referencyjną Ag/AgCl wyjmuje się z 1 M roztworu KCl, dokładnie przepłukuje wodą DI, a następnie umieszcza w ogniwie.
4. Przeciwelektroda z platynowego drutu platynowego jest dokładnie płukana wodą DI, a następnie umieszczana w ogniwie.
5. Wysuszoną elektrodę roboczą przepłukuje się wodą demineralizowaną, a następnie umieszcza w ogniwie.
6. Potencjostat jest włączony.
7. Biały przewód elektrody jest najpierw podłączany i podłączany do elektrody odniesienia.
8. Czerwony przewód elektrody jest następnie podłączany do przeciwelektrody z drutu Pt.
9. Zielony przewód elektrody jest następnie podłączany do elektrody roboczej z metalu/sadzy.
10. Mały strumień przedmuchiwania N₂ pozostaje w sposób ciągły bulgoczący w elektrolicie.
11. Upewnij się, że żadne przewody się nie stykają i że nie ma bezpośredniego kontaktu elektrycznego między 3 elektrodami innymi niż elektrolit 0,5 M H₂SO₄.

3. Analiza elektrochemiczna

1. Po włączeniu potencjostatu należy wykonać co najmniej 20 cykli kondycjonowania w zakresie od 0 do 0,4 V w stosunku do wilgotności względnej przy napięciu 50 mV/s przy użyciu CV. Odbywa się to poprzez wybór CV jako techniki i wprowadzenie górnego i dolnego limitu potencjału, a także szybkości skanowania.
2. Liniową woltamperometrię przemiatania (LSV) można następnie przeprowadzić, wybierając LSV jako technikę i określając potencjał początkowy, potencjał końcowy i szybkość skanowania. Szybkość skanowania dla LSV jest zwykle znacznie mniejsza niż CV, zwykle 1 – 2 mV/s, dzięki czemu prądy pojemnościowe stają się znacznie niższe niż prądy powstające w wyniku faradaicznych reakcji powierzchniowych
3. Chronoamperometria (CA) jest wykonywana poprzez wybór CA lub "Amperometrycznej krzywej i-t" jako techniki i określenie stałego potencjału, a także czasu, przez jaki przyrząd powinien utrzymywać elektrodę roboczą jako ten stały potencjał.
4. Chronopotencjometria (CP) jest wykonywana poprzez wybór CP jako techniki. CP można wykonać w serii kroków prądowych, w których jeden prąd jest określany na określony czas, a następnie nowy prąd na określony czas. Te zastosowane prądy mogą obejmować zarówno prądy anodowe, jak i katodowe w ramach tego samego pomiaru CP.
5. Po zakończeniu analizy elektrochemicznej wyłącz potencjostat.
6. Odłącz przewody elektrod i przechowuj je w suchym miejscu, z dala od wszelkich płynów, aby zapobiec korozji.
7. Wyjmij elektrodę odniesienia i spłucz dużą ilością wody demineralizowanej. Następnie umieść elektrodę odniesienia bezpośrednio w roztworze do przechowywania 1 M KCl. Końcówka tej elektrody nigdy nie powinna być dopuszczona do wyschnięcia.
8. Wyjmij przeciwelektrodę z drutu Pt i dokładnie spłucz wodą DI
9. Wyjmij elektrodę roboczą i dokładnie spłucz wodą DI, a następnie użyj Kimwipe z acetonem, aby łatwo usunąć zaschnięty tusz katalizatora z powierzchni elektrody roboczej. Zaleca się polerowanie elektrod natychmiast po użyciu.
10. Wyłącz czyszczenie N₂.
11. Opróżnij zużyty elektrolit do pojemnika na odpady kwaśne. Opłucz szklaną kuwetę i teflonową nakrętkę dużą ilością wody demineralizowanej.