Elektrokatalitik reaksiyon teknolojisi, bu enerji d?nü?ümü ve ?evresel ar?tma yollar?n? y?nlendiren kilit y?ntemlerden biridir.

Son y?llarda toplumun geli?mesi ve insanl???n ilerlemesi ile birlikte giderek ciddile?en enerji ve ?evre sorunlar? dünya ?ap?nda acilen ??zülmesi gereken bir sorun haline gelmi?tir. ?nsanlar, yeni enerji kaynaklar?n?n etkin kullan?m?na ve ?evrenin uzun vadeli ar?tma y?ntemlerine kendini adam??t?r. Enerji d?nü?ümünü ve ?evresel ar?tmay? te?vik etmeye y?nelik mevcut etkili ara?t?rma y?ntemleri, yak?t hücresi geli?tirme, hidrojen üretimi, CO2 kayna??, egzoz gaz?n?n organik Katalitik d?nü?ümü gibi bir?ok y?nü i?erir. Teorik bir k?lavuz olarak elektrokimyasal test y?ntemleri, elektrokataliz?r performans?n?n geli?tirilmesi i?in rasyonel bir yorumlama y?ntemi sa?lar. Bu makale, ?e?itli elektrokimyasal reaksiyonlarda yayg?n olarak kullan?lan elektrokimyasal test y?ntemlerini ?zetlemektedir.

?ekil 1 Sürdürülebilir enerji d?nü?ümü elektrokatalitik süreci

D?ngüsel Voltametri (CV), bilinmeyen elektrokimyasal sistemleri de?erlendirmek i?in en yayg?n kullan?lan ara?t?rma y?ntemidir. Esas olarak elektrot potansiyelinin farkl? h?zlarda kontrol edilmesi ve zamanla ü?gen dalga formu ile bir veya daha fazla kez taranmas?yla elde edilir. Ak?m-potansiyel e?risi (iE). Farkl? potansiyel aral?klar?nda elektrotlarda d?nü?ümlü olarak farkl? indirgeme ve oksidasyon reaksiyonlar? meydana gelebilir. Elektrot reaksiyonunun tersine ?evrilebilirli?i, e?rinin ?ekline g?re de?erlendirilebilir; reaktanlar?n adsorpsiyon ve desorpsiyon zirveleri, elektrokataliz?rü spesifik potansiyel aral???na g?re de?erlendirmek i?in kullan?labilir. Katalitik olarak aktif alan, karma??k elektrot reaksiyonlar? hakk?nda faydal? bilgiler elde etmek i?in de kullan?labilir.

?ekil 1.1 Mevcut potansiyel yan?t e?risinin taranmas?

?ekil 1.1'de g?sterildi?i gibi, ilk yar?n?n potansiyeli katoda do?ru taran?r ve bir indirgeme dalgas? olu?turmak i?in elektroaktif madde elektrot üzerinde indirgenir. ?kinci yar?n?n potansiyeli anoda do?ru tarand???nda, indirgeme ürünü bir oksidasyon dalgas? olu?turmak i?in elektrot üzerinde tekrar oksitlenir. D?ngüsel voltametri iE e?risinin iki yararl? parametresi, tepe ak?m oran? ipa/ipc ve tepe potansiyel fark? Epa-Epc'dir. Kararl? ürünün Nernst dalgas? i?in, tarama h?z?ndan, difüzyon katsay?s?ndan ve komütasyon potansiyelinden ba??ms?z olarak tepe ak?m oran? ipa/ipc = 1'dir. Katot taramas? durduruldu?unda, ak?m 0'a dü?ürülür ve ard?ndan ters tarama yap?l?r. Elde edilen iE e?risi, katot e?risi ile tamamen ayn?d?r, ancak I koordinat? ile E koordinat?n?n z?t y?nünde ?izilir. ipa/ipc oran? 1'den sapar ve elektrot i?leminin homojen kinetik veya di?er komplikasyonlar? i?eren tamamen tersine ?evrilebilir bir reaksiyon süreci olmad???n? g?sterir. Reaksiyon tepe yüksekli?i ve tepe alan?, elektroaktif türlerin konsantrasyonu veya birle?tirilmi? homojen reaksiyonun h?z sabiti gibi sistem parametrelerini tahmin etmek i?in kullan?labilir. Bununla birlikte, CV e?risi ideal bir nicel y?ntem de?ildir ve gü?lü kullan?m? daha ?ok niteliksel yar? niceliksel Yarg?lama yetene?indedir.

Darbe voltametrisi, polarografik elektrotlar?n davran???na dayanan bir elektrokimyasal ?l?üm y?ntemidir. ?e?itli ortamlarda redoks sürecini, yüzey malzemelerinin kataliz?r malzemeleri üzerinde adsorpsiyonunu ve kimyasal olarak de?i?tirilmi? elektrotlar?n yüzeyinde elektron transfer mekanizmas?n? incelemek i?in kullan?l?r. Alg?lama ?zellikle etkilidir. Darbe voltametrisi, voltaj?n taranma ?ekline ba?l? olarak ad?m voltametrisini, geleneksel darbe voltametrisini, diferansiyel darbe voltametrisini ve kare dalga voltametrisini i?erir. Bunlar?n aras?nda, ad?m voltametrisi potansiyel süpürme y?ntemine benzer ve ?o?u sistemin daha yüksek ??zünürlüklü (ΔE < 5 mV) ad?m volt-ampere tepkisi, ayn? tarama h?z?n?n do?rusal tarama deney sonu?lar?na ?ok benzer.

Elektrokimyasal empedans spektroskopisi, elektrokimyasal sisteme bozulmu? bir elektrik sinyali uygulamakt?r. Do?rusal tarama y?nteminden farkl? olarak, elektrokimyasal sistem denge durumundan uzaktad?r ve daha sonra sistemin yan?t? g?zlemlenir ve yan?t elektrik sinyali ile sistemin elektrokimyasal ?zellikleri analiz edilir. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi genellikle PEM yak?t hücrelerinde ORR reaksiyonunu analiz etmek, de?erlendirmek, kataliz?r malzemesinin yüzeyindeki difüzyon kayb?n? karakterize etmek, omik direnci tahmin etmek ve de?erlendirmek ve optimize etmek i?in yük transfer empedans? ve ?ift katmanl? kapasitans ?zelliklerini belirlemek i?in kullan?l?r. membran elektrot tertibat?.

Empedans spektrumu genellikle bir Bode diyagram? ve bir Nyquist diyagram? ?eklinde ?izilir. Bode diyagram?nda, empedans?n büyüklü?ü ve faz? frekans?n bir fonksiyonu olarak ?izilir; Nyquist diyagram?nda, empedans?n sanal k?sm?, ger?ek k?sma g?re her frekans noktas?nda ?izilir. Yüksek frekansl? ark, kataliz?r tabakas?n?n ?ift katmanl? kapasitans?, etkin yük transfer empedans? ve kütle transferi taraf?ndan üretilen empedans? yans?tan omik direncin kombinasyonunu yans?t?r. Belirli bir sistem i?in, iki b?lge bazen iyi tan?mlanmam??t?r.

?ekil 3.1 Elektrokimyasal sistemin empedans spektrumu

?ekil 3.1, kinetik kontrol ve kütle transferi kontrolünün u? ?zelliklerini g?stermektedir. Ancak, verilen herhangi bir sistem i?in iki b?lge muhtemelen iyi tan?mlanmam??t?r. Belirleyici fakt?r, yük transfer direnci ile iletim empedans? aras?ndaki ili?kidir. Kimyasal sistem kinetikte yava?sa, ?ok s?n?rl? bir frekans b?lgesine sahip gibi g?rünen büyük bir Rct g?sterecektir. Sistem dinamik oldu?unda, Malzeme transferi her zaman ?ncü bir rol oynar ve yar?m daire alanlar? tan?mlamak zordur.

Kronoamperometri y?ntemi, kataliz?r yüzeyinin adsorpsiyonunu ve difüzyonunu de?erlendirmek i?in kullan?labilen bir ge?ici kontrol y?ntemidir. Kronoamperometri e?risi, ak?m yan?t sinyalinin zaman i?indeki de?i?imini ?l?mek i?in elektrokimyasal sisteme potansiyel bir ad?m uygulanarak elde edilir. Bir potansiyel ad?m? verildi?inde, temel dalga formu ?ekil 4.1(a)'da g?sterilir ve kat? elektrotun yüzeyi bir elektroaktif malzeme ile analiz edilir. Potansiyel ad?m uyguland?ktan sonra, elektrotun yüzeyine yak?n elektroaktif türler ilk olarak kararl? bir anyon radikaline indirgenir, bu da proses hemen ad?m an?nda ger?ekle?ti?inden büyük bir ak?m gerektirir. Bundan sonra akan ak?m, elektrot yüzeyi aktif malzemesinin tamamen indirgendi?i ko?ullar? korumak i?in kullan?l?r. ?lk indirgeme, elektrot yüzeyi ile y???n ??zelti aras?nda bir konsantrasyon gradyan?na (yani konsantrasyon) neden olur ve b?ylece aktif malzeme, sürekli olarak yüzeye do?ru yay?lmaya ve elektrota yay?lmaya ba?lar. Yüzeydeki aktif madde an?nda tamamen azal?r. Difüzyon ak???, yani ak?m, elektrot yüzeyinin konsantrasyon gradyan? ile orant?l?d?r. Bununla birlikte, reaksiyon ilerledik?e, toplu ??zeltideki aktif malzemenin elektrot yüzeyine do?ru sürekli olarak yay?ld??? ve konsantrasyon gradyan b?lgesinin yava? yava? y???n ??zeltiye do?ru uzanmas?na ve kat? elektrotun yüzey konsantrasyon gradyan?n?n kademeli olarak artmas?na neden oldu?u not edilir. kü?ülür (tükenir) ve ak?m yava? yava? de?i?ir. kü?ük. Konsantrasyon da??l?m? ve zamana kar?? ak?m, ?ekil 4.1(b) ve ?ekil 4.1(c)'de g?sterilmektedir.

?ekil 4.1 (a) Ad?m deneysel dalga formu, reaktan O, potansiyel E1'de reaksiyona girmez, E2'de difüzyon limit h?z?nda azal?r; (b) farkl? zamanlarda konsantrasyon da??l?m?; (c) ak?ma kar?? zaman e?risi

D?ner disk elektrot (RDE) teknolojisi, kataliz?r yüzeyinin birle?tirilmi? homojen reaksiyonunun incelenmesinde ?ok faydal?d?r, b?ylece kataliz?rün yüzeyindeki elektrokimyasal reaksiyon, nispeten sabit bir durum alt?nda ger?ekle?tirilir. RDE, gaz?n ??zeltiye kolayca difüzyonu gibi daha yava? difüzyona sahip maddeleri kontrol edebilir ve difüzyon tabakas?n?n ak?m yo?unluk da??l?m? üzerindeki etkisini azalt?r. B?ylece, elektrokimyasal analiz süreci i?in faydal? olan, yakla??k olarak sabit durumda olan kararl? bir ak?m yo?unlu?u elde edilir; RDE, d?nme h?z?n? ayarlayarak elektrolitin elektrot yüzeyine ula?t??? h?z? kontrol edebilir ve farkl? d?nme h?zlar?nda elektrokatalitik reaksiyon sürecinin parametrelerini ?l?ebilir. analiz.

?nsanlar, elektrokatalitik reaksiyonlar?n karakterizasyonu i?in baz? temel y?ntemlerin kullan?m?n?n vurgulanmas?na ek olarak, temiz enerji d?nü?ümü i?in geli?mi? elektrokataliz?rler geli?tirmeye daha fazla ilgi duymaya ba?lad?k?a, ilgili olanlar? belirlemek i?in her reaksiyonun temel ad?mlar?n?n daha fazla incelenmesi gerekmektedir. ara ürünler, ara ürünün yüzeyi ve her bir temel reaksiyon ad?m?n?n enerjisi. Elektrokimyasal y?ntemlerin incelenmesi, proton/elektron transferinin temel temel ad?mlar?nda yer alan kinetik ve reaksiyon engelleri gibi ?imdiye kadar bilinmeyen elektrot-elektrolit arayüzü hakk?nda hala bir?ok ayr?nt? gerektirir; ??zücülerin, katyonlar?n ve reaksiyon arayüzlerinin yak?n?nda. Anyonun atomik, moleküler düzeyde durum tan?m?; ve elektrokimyasal reaksiyon süreci boyunca daha h?zl? ve daha verimli ger?ek zamanl? sinyal toplama y?ntemleri hala elektrokatalitik reaksiyonlar?n ?n saflar?nda yer almaktad?r. ?zetle, elektrokimyasal karakterizasyon y?ntemlerinin derinlemesine incelenmesi, yeni yüksek verimli kataliz?r sistemlerinin geli?tirilmesi i?in yol g?sterici bir strateji sa?lar.