石墨棒是一種流行的對(duì)電極(CE)材料，由于其價(jià)格合理，易于使用，相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)和電化學(xué)性能。由于Pt的溶解，作為陽(yáng)極(例如，作為析氫反應(yīng)(HER)催化劑評(píng)價(jià)的CE)，它通常比Pt CE更受青睞(67% vs 29%)，(4,5)但也出現(xiàn)了幾個(gè)問(wèn)題。主要的問(wèn)題是碳腐蝕，這會(huì)導(dǎo)致石墨顆粒脫落和CO/CO2的產(chǎn)生(圖1)。這些副產(chǎn)品會(huì)損害電催化劑評(píng)估的準(zhǔn)確性和可靠性。Lee et al.和Ji et al.證明了碳纖維紙和石墨在酸性條件下容易氧化，并且可以通過(guò)CO中毒使Pt電極失活。正如Sheng等人在酸性條件下將石墨CE置于玻璃管中所證明的那樣，將CE與工作電極(WE)分離可以最大限度地減少副產(chǎn)物的擴(kuò)散。(9)這些建議為石墨CE的適用性提供了一個(gè)一般性的判斷。然而，CE的行為在很大程度上取決于電解質(zhì)(酸性或堿性)、電化學(xué)方法(如極化、穩(wěn)態(tài))和電化學(xué)參數(shù)(如掃描速率、掃描范圍和CE面積)等因素。因此，有必要對(duì)石墨CE的適用性進(jìn)行綜合分析和指導(dǎo)。本觀點(diǎn)旨在通過(guò)提供石墨CE的基本分析以及最佳實(shí)踐建議來(lái)提供此類(lèi)指導(dǎo)。
圖 1. 三電極電池中的電位/電流關(guān)系以及CE擴(kuò)散到WE可能產(chǎn)生的干擾。? WE: WE 電位;CE: CE電位;?REF:參比電極電位;EWE:電壓;ECE: CE電壓;ECELL:電池電壓;i、iCELL、iWE和iCE:電路、電池、WE和CE中相同的電流;QWE, QCE:在WE和CE處的電荷輸入/輸出。
圖 2. (A)在HER極化研究期間，?WE, Q, i和?CE的變化:當(dāng)?WE超過(guò)HER的起始電位時(shí)，Q(和i)上升，需要增加?CE來(lái)產(chǎn)生匹配的Q和i，包括OER。(B)兩種情況下WE和CE之間的電位下降(從WE的EDL，散裝電解質(zhì)，到CE的EDL):頂部，上升i(藍(lán)色:低電流;紅色:大電流);底部，活性較低的CE(藍(lán)色:活性高;紅色:低活動(dòng))。Ru: WE與REF之間的溶液阻力;EDL:電雙層。
圖3. (A)石墨電極在飽和ar的0.5 M H2SO4(橙色)和1.0 M KOH(藍(lán)色)電解質(zhì)中的循環(huán)伏安圖(掃描速率:10 mV s-1)。(B)相應(yīng)的電荷圖。(C) O2、CO和CO2的dem信號(hào)與電位的函數(shù)關(guān)系。(D)石墨電極陽(yáng)極極化過(guò)程示意圖。
圖 4. (A, B)在(A)飽和h2的0.5 M H2SO4和(B)飽和h2的1.0 M KOH電解質(zhì)(掃描速率:10 mV s-1;EWE范圍:0 ~−0.20 V)。(C)在H2SO4(藍(lán)色)和KOH(紅色)電解質(zhì)中，EWE =−0.20 V時(shí)，每個(gè)循環(huán)的i與ECE之間的相關(guān)性，涉及IEM(方形)和不涉及IEM(圓形)。
圖 5. (A)在飽和H2SO4(藍(lán)色)和KOH(紅色)電解液中，不同EWE范圍:0.1 V(0 ~−0.10 V)、0.2 V(0 ~−0.20 V)、0.3 V(0 ~−0.30 V)下，每個(gè)循環(huán)的最大i與ECE之間的相關(guān)性。(B)在EWE =−0.2 V下，不同WE/CE比:1:5和1:2時(shí)，每個(gè)循環(huán)的i與ECE之間的相關(guān)性(電池結(jié)構(gòu):Pt|IEM|C;掃描速率:10mv s-1)。
圖 6. (A) WE/CE比率對(duì)RWE-CE的影響:較小的CE導(dǎo)致較大的RWE-CE和較低的i余量。(B)不同WE/CE比堿性電解質(zhì)10h-CA分析時(shí)的電流分布圖(電池配置:Pt|IEM|C;Ewe =−0.20 v)。
相關(guān)科研成果由廣東以色列理工學(xué)院Weiran Zheng等人于2024年發(fā)表在ACS Energy Letters（https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c01869）上。原文：Applicability of Graphite as Anodic Counter Electrode for Electrocatalyst Evaluation
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c01869
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
