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Engineering

Sondagem e Mapeamento superfície do eletrodo em células a combustível de óxido sólido

doi: 10.3791/50161 Published: September 20, 2012

Summary

Nós apresentamos uma plataforma única para a caracterização de superfícies de eletrodos em células a combustível de óxido sólido (PaCOS) que permite realização simultânea de várias técnicas de caracterização (

Abstract

Células de combustível de óxido sólido (PaCOS) são, potencialmente, a solução mais eficaz e rentável para a utilização de uma grande variedade de combustíveis de hidrogénio para além de 1-7. O desempenho das células SOFC e as taxas de química e muitos processos de transformação de energia em armazenamento de energia e dispositivos de conversão, em geral, são limitadas principalmente pela carga e transferência de massa ao longo de superfícies de eletrodos e através de interfaces. Infelizmente, o entendimento mecanicista desses processos ainda não existe, em grande parte devido à dificuldade de caracterizar esses processos em condição in situ. Essa lacuna de conhecimento é um obstáculo principal para a comercialização SOFC. O desenvolvimento de ferramentas para a sondagem e mapeamento de química de superfície relevantes para reações de eletrodos é fundamental para desvendar os mecanismos de processos de superfície e de alcançar desenho racional de novos materiais de eléctrodo para armazenamento de energia mais eficiente e conversão 2. Entre os poucos relativamente in situ </ Em> métodos de análise de superfície, a espectroscopia Raman pode ser realizado mesmo com altas temperaturas e ambientes agressivos, tornando-o ideal para a caracterização de processos químicos relevantes para SOFC desempenho ânodo e degradação 8-12. Ele também pode ser usado juntamente com medições electroquímicas, potencialmente permitindo correlação direta da electroquímica a química de superfície de uma célula operacional. Adequado in situ medições de mapeamento Raman seria útil para pinos apontando importantes mecanismos de reacção do ânodo, devido à sua sensibilidade para as espécies relevantes, incluindo a degradação do desempenho do ânodo através da deposição de carbono 8, 10, 13, 14 ("coque") e envenenamento por enxofre 11, 15 e a maneira em que as modificações de superfície evitar esta degradação 16. O presente trabalho demonstra progressos significativos para essa capacidade. Além disso, a família de varrimento de microscopia de sonda (SPM) fornece uma abordagem técnicas especiais para interrogar o electrode superfície com resolução nanométrica. Além da topografia da superfície que é habitualmente recolhida por AFM e STM, outras propriedades tais como locais de estados electrónicos, coeficiente de difusão de iões e os potenciais de superfície pode também ser investigada 17-22. Neste trabalho, as medições electroquímicas, espectroscopia de Raman, e SPM foram usados ​​em conjunto com uma plataforma de eléctrodo novo teste que consiste em um eléctrodo de malha de Ni incorporado em um ítria-zircônia estabilizada electrólito (YSZ). Testes de desempenho da célula e espectroscopia de impedância sob combustível contendo H 2 S foi caracterizado, e mapeamento Raman foi utilizada para elucidar a natureza do envenenamento por enxofre. No monitoramento Raman in situ foi utilizado para investigar o comportamento de coque. Finalmente, microscopia de força atômica (AFM) e microscopia de força eletrostática (EFM) foram usados ​​para visualizar deposição de carbono em nanoescala. A partir dessa pesquisa, desejamos produzir uma imagem mais completa do ânodo SOFC.

Protocol

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1. Fabricação de uma célula Ânodo YSZ-embedded Malha

  1. Pesar dois lotes de 0,2 g de pó de YSZ.
  2. 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.
  3. Cortar a <pedaço de 1 cm-Ni malha e colocá-la sobre a superfície de YSZ disco no interior do molde.
  4. 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.
  5. Uniaxialmente prima a malha de Ni ensanduichada entre embalagens de pó YSZ a uma pressão de 300 MPa durante 30 segundos.
  6. Extrai-se a pressionada Ni / ZEI pellet a partir do molde.
  7. 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. Ultrasonicamente limpar a amostra polida em acetona, etanol, e água desionizada durante 10 min cada.
  4. Secar a amostra sob uma corrente de ar comprimido limpo.
  5. 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

  1. Pincel colar Ag na superfície oposta da amostra YSZ do Ni-malha para actuar como um contra-eléctrodo.
  2. Anexar um fio enrolado Ag para o contra-eletrodo utilizando pasta de Ag.
  3. 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.
  4. Seca-se a amostra mais uma vez a 120 ° C numa estufa durante 30 min.
  5. 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).
  6. Permitir que o selante para secar ao ar durante 2-4 horas.
  7. Ligar dois fios de prata isolados de cada um dos dois fios dos eléctrodos.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. Mantenha a célula no forno a 800 ° C durante 2 h para permitir que o eléctrodo de Ag contador de sinter.
  12. Esfriar a célula ligeiramente para 767 ° C por eletroquímica testes de desempenho.
  13. 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)
  14. 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

  1. 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.
  2. Utilizar a platina do microscópio e para XYZlocalizar uma fronteira de interface entre a malha de Ni e o substrato YSZ.
  3. Traga o laser em foco, alternando os filtros de microscópio e finamente ajustar a coordenada Z do palco.
  4. 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.
  5. 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

  1. Anexar um YSZ-embedded amostra malha Ni ao palco câmara Raman utilizando pasta de Ag com a malha para cima.
  2. Aquece-se a câmara aberta a 300 ° C durante 1 hora a secar e eliminar o Ag meio de suspensão de pasta.
  3. 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.
  4. Começar a fluir gás H 4% 2 / Ar humidificado por borbulhador de água através da câmara de a ~ sccm 100.
  5. Aquece-se a câmara de Raman de 625 ° C.
  6. Traga o laser em focoe coletar exames iniciais Raman de manchas na malha Ni e substrato YSZ na faixa centímetros 150-2000 -1.
  7. 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).
  8. 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

  1. 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.
  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.
  3. Retirar a amostra do forno. Inspecione a morfologia da superfície por microscopia óptica e eletrônica de varredura.
  4. Monte a amostra em um disco de metal com fita condutora de cobre para AFM e EFM estudo.
  5. Coletar uma imagem de morfologia utilizando AFM em Tapping Mode.
  6. Instalar um tipo-n Si base AFM ponta (NSC16) ou um condutor AFM ponta (CSC11/Cr-Au) no suporte eléctrico (MMEFCH).
  7. 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).
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.

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Representative Results

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Análise envenenamento por enxofre

Mostrado na Figura 4 são curvas típicas IV e IP de uma célula com um eléctrodo de malha de Ni sob H 2 a 20 ppm e da condição de H 2 S. Claramente, a introdução do mesmo apenas alguns ppm de H 2 S pode envenenar o ânodo de Ni-YSZ e causar a degradação do desempenho considerável.

A fim de compreender mais intensamente o comportamento envenenamento do ânodo de Ni-YSZ, espectroscopia de impedância AC da célula foi realizada sob tensão de circuito aberto (OCV) condições. Mostrado na Figura 5 são as curvas de Nyquist para a célula antes e depois do ânodo foram expostas a combustíveis contendo 0 e 20 ppm de H2S a 767 ° C. Dois eléctrodos de impedância foi utilizado no presente estudo, uma vez que a impedância da célula é dominado pelo que o eléctrodo de trabalho, um eléctrodo de referência, por conseguinte, não foi necessário. Os espectros de impedância que a resistência em massa permaneceu o mesmo while a resistência interfacial aumentou drasticamente após o ânodo foi exposto a H 2 S contendo combustível.

Mostrado na Figura 6 é a intoxicação e comportamento típico de recuperação das células a 767 ° C sob 20 ppm de H 2 S. Tanto o envenenamento e processos de recuperação e parecem terminar atingir o estado estacionário dentro de alguns minutos, o que é um comportamento muito diferente da espessura de Ni-ZEI ânodos que previamente estudadas, em que um período de tempo muito mais longo se necessário, especialmente para o processo de recuperação 25, 26.

Mapeamento intensidade Raman foi utilizada para obter informação mais químicos sobre a superfície do eléctrodo como interage com o enxofre no gás combustível. Figura 7 mostra uma micrografia óptica da interface Ni / ZEI juntamente com um mapa de Raman da mesma área, traçando a intensidade de um modo associado Com tantas espécies x (intensidade integrada entre 960-1000 cm -1). As espécies foram exclusvamente observada na superfície Ni e foram geralmente mais concentrada longe das TPBs.

Em Análise Raman in situ de coque em malha Ni YSZ-embedded

A Figura 8a mostra uma micrografia óptica de um eléctrodo de Ni não modificada mesh a 625 ° C em atmosfera redutora (para evitar a oxidação indesejada Ni) directamente antes da introdução de C 3 H 8. Depois de C 3 H 8 começou a fluir para dentro da câmara, os espectros foram recolhidos periodicamente a partir de um ponto na superfície de uma amostra de Ni mesh. Este ponto é marcado pelo círculo verde na Figura 8b, que mostra a malha depois de 15 horas de molhado 3 H 8 C exposição a 625 ° C. O carbono é apenas detectável na superfície de malha de Ni, o espectro recolhido a partir do substrato (quadrado vermelho) mostra características únicas ZEI (Figura 8c). Um gráfico da mudança na intensidade relativa do sinal de carbono ao longo das primeiras horas da exposure tempo é mostrado na Figura 8d. A intensidade do sinal aumentou com carbono de carbono acumulado na superfície do Ni de coque. A quantidade de sinal detectável carbono eventualmente estabilizou após algumas horas. Uma amostra de malha de Ni modificado por BaO, conforme descrito no protocolo 2.5 foi submetida às mesmas condições experimentais. Uma micrografia de e espectros Raman recolhidos a partir da superfície da amostra de malha modificada na marca mesma exposição de 15 horas como 8b/8c figuras são mostradas na Figura 8e e 8f Figura, respectivamente. Sinal de carbono não era detectável mesmo na superfície Ni neste caso.

Análise SPM de coque em Ni

Inomogêneas manchas escuras formadas na superfície do cupão Ni-se depois exposto a C 3 H 8 contendo gás, que são representadas nas imagens de MEV da Figura 9. Mostrado na Figura 10 são AFM / EFM imagens taken tanto luz e estas regiões escuras.

Figura 1
Figura 1. Representação esquemática da fabricação de células Ni-eléctrodo padrão e caracterização 27.

Figura 2
Figura 2. Esquema de configuração de câmara ambiental para a análise Raman in situ (à esquerda), juntamente com uma fotografia da câmara (à direita). Os tubos amarelos na fotografia são linhas de arrefecimento de água que não estão representados no esquema da esquerda.

Figura 3
Figura 3. Esquemática do princípio de funcionamento de microscopia de força electrostática (EFM). (A) O esquema que mostra um viéspplied sobre a amostra. (B) O deslocamento do ângulo de fase da trama ponta AFM versus a frequência de vibração; forte interacção electrostática maior desengordurar incorre no ângulo de fase. (C) O esquema de electrões diagrama banda de energia da amostra (níquel e carbono) e da ponta, quando a amostra é polarizado positivamente wrt da ponta e (D), quando a amostra é polarizado negativamente wrt da ponta 28.

Figura 4
Figura 4. Desempenho típico da célula pura operado sob H 2 e H 2 com 20 ppm de H2S a 767 ° C 27.

Figura 5
Figura 5. Espectros de impedância da célula com H 2 puro e H 2 com 20 ppm de H 2 S como combustíveis medido a 767 ° C under tensão de circuito aberto 27.

Figura 6
Figura 6. Típico (A) envenenamento e (B) o comportamento de recuperação da célula em H 2 com 20 ppm de H2S a 767 ° C operado a 0,75 V 27.

Figura 7
Figura 7. Micrografia óptica de canto de modelado eléctrodo de malha de Ni no YSZ que foi operada em H 2 S contendo combustível e envelhecida em ar, durante 18 dias (à esquerda), juntamente com um mapa da banda de Raman x SO na mesma área (direita ) 27.

Figura 8
Figura 8. (A) micrografia óptica de Ni de malha embebido no YSZ.(B) Ni de malha da mesma incorporado depois de exposição a C 3 H 8 contendo gás a 625 ° C durante 15 h. (C) os espectros Raman recolhidos in situ a partir dos pontos marcados em (b) na marca de 15 horas de C 3 H exposição ao gás contendo 8. (d) Lote de mudança de carbono intensidade do sinal Raman recolhidos ao longo do tempo a partir de mancha verde no círculo Ni malha marcada em (b). (e) micrografia óptica perto da interface de malha de Ni BaO-modificado e YSZ durante o mesmo C 3 H 8 tratamento. (f) os espectros Raman recolhidos in situ na marca de 15 horas a partir de pontos marcados em (e). (Reproduzido de 8). Clique aqui para ver maior figura .

Figura 9
Figura 9.MEV de Ni coca mostrando as diferenças morfológicas causadas por coque não homogêneo.

Figura 10
Figura 10. (A) imagem de AFM da região de luz mostrado na Figura 9, e (B) imagem de EFM mesma área. (C) AFM imagem da região escura mostrado na Figura 10 e (D) da imagem de EFM mesma área. A amostra foi polarizado para-1V em relação à ponta de AFM, e, portanto, dar uma cor mais clara (mais fraca interacção ponta da amostra) para a região de cobertura com carbono.

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Discussion

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Análise envenenamento por enxofre

Os espectros de impedância apresentada na Figura 5 indicam que o envenenamento de enxofre é um fenómeno superficial ou interfacial, em vez de um que afecta a maior parte do material. Especificamente, o envenenamento rápido do eléctrodo de malha de Ni (Figura 6) podem resultar da exposição directa do eléctrodo de Ni para o gás combustível e subsequente adsorção do enxofre; difusão de gás não se limitar a taxa deste processo, tanto quanto no caso de um espessura anodo Ni / YSZ poroso. Enxofre fortemente adsorvida no ou próximo do limite de fase tripla (TPB) entre Ni, YSZ e combustível provavelmente bloquear os locais activos para electroquímica oxidação de H 2 no TPB, o que resulta em perda de desempenho rápido. Por outro lado, durante o processo de recuperação, a corrente que passa através da célula pode ajudar a oxidação electroquímica do enxofre adsorvido sobre a superfície do ânodo para o SO 2, especialmente no ou perto do TPB. Emce enxofre é oxidado a SO 2, ele vai rapidamente desadsorver da superfície do ânodo, levando à re-exposição da interface de Ni / ZEI para a fase gasosa (regeneração de TPBs) e recuperação praticamente completa da execução 26. Contudo, a corrente não pode ser suficientemente eficaz para remover completamente o enxofre adsorvida longe das regiões TPB, que podem permanecer sobre a superfície, mesmo após a recuperação total do desempenho. Esta possibilidade foi explorada por envelhecimento do eléctrodo de ar, para formar grupos de SO x que pode ser detectado por espectroscopia de Raman (Figura 7). Os resultados de mapeamento Raman apoiar esta hipótese. Além disso, nenhuma outra Ni S-fases pôde ser detectado por espectroscopia de Raman, que apoia a noção de que o processo de envenenamento à temperatura estudada não envolve a formação de nova massa de sulfureto de fase.

Em Análise Raman in situ de coque em malha Ni YSZ-embedded

Os resultados de Raman fornecer clear evidências de que ocorre preferencialmente de coque nas superfícies de Ni quando um ânodo de Ni-YSZ é operado sob um combustível de hidrocarboneto. Esta preferência para Ni para a deposição de carbono é provavelmente devido à maior atividade Ni catalítico para tal reação sobre YSZ. Por outro lado, a deposição de carbono foi aparentemente consideravelmente mitigado pelo BaO modificação. O tratamento de modificação foi semelhante ao utilizado no trabalho realizado por Yang et al. 16, que descobriu que as nanopartículas de BaO na superfície Ni pode evitar de coque na presença de água. O presente trabalho suporta essas conclusões.

Análise SPM de coque em Ni

A análise SEM mostrou forma detalhada e morfologia dos diferentes graus de deposição de carbono (Figura 9). As manchas escuras são regiões prováveis ​​de deposição mais pesada de carbono. Microscopia de força electrostática (EFM) foi usado em combinação com a AFM para ajudar a confirmar this e mapear a deposição de carbono em escala nanométrica (<resolução nm 25). Enquanto AFM é capaz de distinguir as variações morfológicas após o tratamento de hidrocarbonetos, EFM simultaneamente mede o potencial de superfície através da qual as fases de superfície são identificados (Figura 3). Quando a amostra é polarizado positivamente ou negativamente em relação ao bico, a região com o potencial de superfície inferior ou superior (E f vac-E), respectivamente, terã uma interacção mais forte com a ponta. Uma vez que o níquel e carbono, que são as duas espécies presentes na amostra, cada um tem um potencial de superfície diferente, EFM é capaz de separá-las. No caso do nosso estudo, a amostra foi polarizado para -1 V em relação à ponta, de forma mais fraca de carbono teve a interacção com a ponta. Como mostrado na Figura 10, a região de luz tinham menos de rugosidade em termos de topografia, e apenas algumas manchas associadas com carbono aparecem na imagem de EFM, confirmando very deposição de carbono luz. Enquanto isso, a região escura inspeccionado tem uma grande quantidade de rugosidade da superfície, e a maioria da superfície é coberta por espécies com fraca interacção com a ponta, o que indica de coque muito mais pesado.

Espécies em nanoescala mapeamento com base em EFM é uma abordagem promissora para estudar o impacto do tamanho nano catalisadores aplicado sobre os materiais. Por exemplo, através da aplicação de BaO para a superfície de níquel, a cobertura e a morfologia das manchas de coque mudou drasticamente. Comparando as imagens de EFM que mostram o comportamento deposição local de carbono para diferentes catalisadores, as suas capacidades de resistência pode ser melhor avaliado.

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Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgments

Este trabalho foi financiado pelo Centro HeteroFoaM, um Centro de Pesquisa de Energia Frontier financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciência, Instituto de ciências básicas da energia (BES) sob o número Prêmio DE-SC0001061.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Nickel mesh Alfa Aesar CAS: 7440-02-0
Ni Foil Alfa Aesar CAS: 7440-02-0
YSZ powder TOSOH Lot No:S800888B
Ag paste Heraeus C8710
Barium oxide Sigma-Aldrich 1304-28-5
Silver wire Alfa Aesar 7440-22-4
Acetone VWR 67-64-1
Ethanol Alfa Aesar 64-17-5
UHP H2 Airgas 99.999% purity
100 ppm H2S/H2 Airgas Certified custom mix
n-type Si AFM tip MikroMasch NSC16 10 nm tip radius
Au coated AFM tip MikroMasch CSC11/Au/Cr 20-30 nm tip radius
Raman Spectrometer Renishaw RM1000
Ar Ion laser ModuLaser StellarPro 150
He-Ne laser Thorlabs HPL170
Atomic Force Microscope Veeco Nanoscope IIIA
Moving Raman Stage Prior Scientific H101RNSW
Optical Microscope Leica DMLM
Scanning Electron Microscope LEO 1550
Tube Furnace Applied Test Systems 2110
Polisher Allied High Tech Products MetPrep
6 μm Grinding media Allied High Tech Products 50-50040M
3 μm Polishing media Allied High Tech Products 90-30020
1 μm Polishing media Allied High Tech Products 90-30015
0.1 μm Polishing media Allied High Tech Products 90-32000
Raman chamber Harrick Scientific HTRC

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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Blinn, K. S., Li, X., Liu, M., Bottomley, L. A., Liu, M. Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells. J. Vis. Exp. (67), e50161, doi:10.3791/50161 (2012).More

Blinn, K. S., Li, X., Liu, M., Bottomley, L. A., Liu, M. Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells. J. Vis. Exp. (67), e50161, doi:10.3791/50161 (2012).

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