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1. Fabricação de uma célula Ânodo YSZ-embedded Malha
- Pesar dois lotes de 0,2 g de pó de YSZ.
- Comprimir um pó de lote YSZ num molde cilíndrico de aço inoxidável (13 mm de diâmetro) com uma prensa uniaxial a seco a uma pressão de 50 MPa durante 30 segundos.
- Cortar a
- Adicionar o outro 0,2 g de pó de YSZ no topo do Ni-malha no interior do molde e aplanar a superfície do pó utilizando um carneiro.
- Uniaxialmente prima a malha de Ni ensanduichada entre embalagens de pó YSZ a uma pressão de 300 MPa durante 30 segundos.
- Extrai-se a pressionada Ni / ZEI pellet a partir do molde.
- Disparar o pellet em 1440 ° C durante 5 horas num cadinho de zircónia usando um forno de tubo horizontal, com uma atmosfera de gás que flui redutor (4% de H 2 / bal. Ar).
2. Exposição, Polimento, Modificação e de Ni Eletrodo Malha
- Mecânicoaliar-se moer uma face da amostra de YSZ sinterizado usando 6 um diamante grit até que a superfície da malha de Ni é revelada.
- Além disso o polimento da superfície exposta de malha 3 mm usando Ni, 1 uM e 0,1 uM meios de diamante em uma suspensão de água-glicol / etileno de cerca de 1 min em cada etapa de polimento.
- Ultrasonicamente limpar a amostra polida em acetona, etanol, e água desionizada durante 10 min cada.
- Secar a amostra sob uma corrente de ar comprimido limpo.
- Para Ni malha com resistência aumentada de coque, o fogo se a amostra a 1200 ° C durante 2 h em atmosfera redutora na presença de, mas não em contacto com, BaO pó.
3. Preparação e Teste de Electrochemical Cells completa
- Pincel colar Ag na superfície oposta da amostra YSZ do Ni-malha para actuar como um contra-eléctrodo.
- Anexar um fio enrolado Ag para o contra-eletrodo utilizando pasta de Ag.
- Após a secagem da pasta de Ag na sample a 120 ° C num forno durante 30 minutos, uma ligação de 0,2 mm de diâmetro de fio de Ag para a malha de Ni-Ag utilizando pasta na ponta.
- Seca-se a amostra mais uma vez a 120 ° C numa estufa durante 30 min.
- Selar a célula (Ni mesh para baixo) no topo de um tubo de fixação 3/8 polegadas de cerâmica celular utilizando Aremco Seal 552 (Ceramabond).
- Permitir que o selante para secar ao ar durante 2-4 horas.
- Ligar dois fios de prata isolados de cada um dos dois fios dos eléctrodos.
- Monte o dispositivo celular em um forno tubular, conecte o dispositivo a uma linha de gás, e anexar os fios para equipamento adequado testes eletroquímicos.
- Começar a fluir ultra-elevado grau de pureza (99,999%) H 2 de gás através do dispositivo de fixação de células a uma taxa de 50 sccm, o gás deve ser borbulhado através de água à temperatura ambiente para humidificar o gás a 3% vol. H 2 O, antes de entrar no dispositivo de fixação de células.
- Aquecer o forno com a célula montada a 100 ° C durante 2 h, seguido de 260 ° C durante 1 hora e, em seguida, finalmente, a 800 ° Ca uma taxa de rampa de 1 ° C com fluxo continuado de H 2 durante todo o aquecimento para evitar a oxidação do eléctrodo de Ni. Os primeiros dois passos de aquecimento são para a cura da Ceramabond.
- Mantenha a célula no forno a 800 ° C durante 2 h para permitir que o eléctrodo de Ag contador de sinter.
- Esfriar a célula ligeiramente para 767 ° C por eletroquímica testes de desempenho.
- Após o teste, cuidadosamente remover o dispositivo de fixação de células a partir do forno de têmpera à temperatura ambiente, enquanto continua a fluir humidificado H 2. (ATENÇÃO: O uso adequado PPE para o tratamento de cerâmica extremamente quentes, tais como luvas térmicas e tapetes)
- Separar a célula a partir da fixação para pós-caracterização por separar os fios dos eléctrodos e, cuidadosamente, separando a célula do selante Ceramabond.
* A Figura 1 apresenta um diagrama esquemático da célula de malha YSZ-embedded Ni, juntamente com uma fotografia e micrografia óptica típica do embutidomalha.
* Para as nossas investigações, as células foram eletroquimicamente caracterizado com uma EG & G PAR potenciostato (modelo 273A) juntamente com um 1255 HF Solartron analisador de resposta de freqüência usando CorrWare e ZPlot softwares (Scribner e Associados). Voltametria de varrimento linear e de tensão constante amperometria foram utilizados para caracterizar o desempenho da célula, e os espectros de impedância foram adquiridos na gama de frequência de 100 kHz e 0,1 Hz, com uma amplitude de 10 mV. Para o estudo de envenenamento por enxofre, uma mistura de gás de certificado de 100 ppm de H2S em H 2 foi misturada na corrente de gás combustível com H 2 puro para se obter um 20 ppm de H 2 S / H 2 mistura.
4. Pós-teste de mapeamento Raman Spectromicroscopic
- Aposição da amostra de células com o ânodo de malha voltada para cima sobre a placa de Raman microscópio fase com fita adesiva ou cola para evitar o movimento da amostra durante a análise de Raman.
- Utilizar a platina do microscópio e para XYZlocalizar uma fronteira de interface entre a malha de Ni e o substrato YSZ.
- Traga o laser em foco, alternando os filtros de microscópio e finamente ajustar a coordenada Z do palco.
- Definir o espectrómetro de Raman para obter espectros nos nós de uma malha rectangular que se sobrepõe à área da interface com intervalos de 2 uM separando os nós. Os espectros deve ser centrado em torno do número de onda (s) correspondente ao modo de Raman (s) das espécies ou de fase (s) de interesse. Neste caso, 980 cm -1 é escolhido para x SO.
- Para cada espectro, integrar a intensidade em todo o modo de Raman (s) de interesse e dividir a intensidade de uma linha de base plana, com o mesmo espectro. A intensidade relativa podem então ser representados num mapa de contorno / cor em relação às suas coordenadas.
Raman spectromicroscopy foi realizada utilizando um sistema Renishaw RM1000 equipado com um Laser Modu-StellarPro 514 nm Ar-ion laser (5 mW) e um Thorlabs HRP170 633 nm do laser de He-Ne (17 mW). O sistema é equipado com um estágio motorizado XYZ (H101RNSW Prior Scientific) e uma lente objectiva de 50x, a qual em conjunto para permitir a resolução de mapeamento de ~ 2 ^ m. Renishaw Fios 2.0 software foi utilizado em conjunto com o hardware. Os dados foram processados usando MATLAB (MathWorks).
5. Em Monitoring Raman in situ de coque 8
- Anexar um YSZ-embedded amostra malha Ni ao palco câmara Raman utilizando pasta de Ag com a malha para cima.
- Aquece-se a câmara aberta a 300 ° C durante 1 hora a secar e eliminar o Ag meio de suspensão de pasta.
- Selar a tampa da câmara de Raman e afixá-lo para o palco microscópio Raman. Utilizar o microscópio para localizar uma interface de Ni / ZEI como descrito no protocolo 4.2.
- Começar a fluir gás H 4% 2 / Ar humidificado por borbulhador de água através da câmara de a ~ sccm 100.
- Aquece-se a câmara de Raman de 625 ° C.
- Traga o laser em focoe coletar exames iniciais Raman de manchas na malha Ni e substrato YSZ na faixa centímetros 150-2000 -1.
- Introduzir 3-5% C 3 H 8 para o fluxo de gás e recolher os espectros Raman do Ni, em intervalos regulares, enquanto o gás está a fluir para observar a deposição de carbono na superfície ao longo do tempo (por exemplo, 15 horas).
- Arrefece-se a amostra lentamente (5 ° C / min) em fluxo de 4% de H 2 / Ar.
* A análise de Raman in situ foi realizada com um costume modificado Harrick Scientific alta temperatura de reacção da câmara chamber.The está equipado com uma tampa de janela de quartzo, ligações de gás e uma linha de arrefecimento. Um diagrama esquemático e fotografia é apresentada na Figura 2.
CUIDADO: água de arrefecimento deve ser utilizado para proteger o microscópio óptico sobre o sistema Raman de aquecimento!
6. Visualização em nanoescala de coque por AFM e EFM
- Polonês uma face de 1 cm x 1 mm quadrado de níquel de cupões para baixo para o grau de 0,1 um, tal como descrito no protocolo 2.2.
- , Num forno de tubo de quartzo revestido, expor o cupão níquel polido ao escoamento de gás contendo 10% de C 3 H 8 equilibrado por Ar a 550 ° C durante 1 min, o gás deve ser borbulhado através de água à temperatura ambiente para humidificar o gás a 3 vol%. H 2 O, antes de entrar no tubo de quartzo.
- Retirar a amostra do forno. Inspecione a morfologia da superfície por microscopia óptica e eletrônica de varredura.
- Monte a amostra em um disco de metal com fita condutora de cobre para AFM e EFM estudo.
- Coletar uma imagem de morfologia utilizando AFM em Tapping Mode.
- Instalar um tipo-n Si base AFM ponta (NSC16) ou um condutor AFM ponta (CSC11/Cr-Au) no suporte eléctrico (MMEFCH).
- Digitalizar a superfície da amostra em "Modo Lift", em que a primeira dica recolhe a informação topográfica na sua primeira viagem em toda a superfície da amostra e thsentidos en ângulo de fase em sua segunda viagem para obter informações força eletrostática. Definir a altura de elevação, inicialmente, a 100 nm, e gradualmente diminuir para aproximadamente o mesmo valor da rugosidade da superfície (20-30 nm).
- Através de uma interface clara entre a região de coca e limpa de superfície de níquel, recolher uma série de linescans EFM ao alterar o viés de amostragem.
- Ao comparar os linescans EFM nos potenciais de polarização diferentes da amostra, identificar a voltagem em que o ângulo de fase de contraste flips 21.
- Coletar uma imagem com um viés de amostra que é wrt 1-2V negativo do ponto de comutação, e outra imagem com viés de amostragem que é wrt 1-2V positivo do ponto de comutação.
- Ao comparar a imagem da topografia, e os dois conjuntos de imagens de EFM polarizações diferentes de amostra, se obter um mapa de distribuição da fase de carbono e de níquel sobre a amostra. * Para as análises de nossos SPM, um Nanoscope Veeco sistema III foi usado. Um esquema do princípio de funcionamento da análise EFM23, 24 está representada na Figura 3.