C?ng ngh? ph?n ?ng xúc tác ?i?n là m?t trong nh?ng ph??ng pháp quan tr?ng thúc ??y quá trình chuy?n ??i n?ng l??ng và làm s?ch m?i tr??ng.

Trong nh?ng n?m g?n ?ay, v?i s? phát tri?n c?a x? h?i và s? ti?n b? c?a nhan lo?i, các v?n ?? v? n?ng l??ng và m?i tr??ng ngày càng nghiêm tr?ng ?? tr? thành m?t v?n ?? toàn th? gi?i c?n ???c gi?i quy?t c?p bách. M?i ng??i cam k?t s? d?ng hi?u qu? các ngu?n n?ng l??ng m?i và các ph??ng pháp thanh l?c m?i tr??ng lau dài. Các ph??ng pháp nghiên c?u hi?u qu? hi?n nay ?? thúc ??y chuy?n ??i n?ng l??ng và làm s?ch m?i tr??ng liên quan ??n nhi?u h??ng, ch?ng h?n nh? phát tri?n pin nhiên li?u, s?n xu?t hydro, tài nguyên CO2, chuy?n ??i xúc tác h?u c? c?a khí th?i. Các ph??ng pháp th? nghi?m ?i?n hóa(chǎn) nh? m?t h??ng d?n ly thuy?t cung c?p m?t ph??ng ti?n gi?i thích h?p ly cho s? phát tri?n c?a hi?u su?t ?i?n xúc tác. Bài báo này tóm t?t các ph??ng pháp th? ?i?n hóa(chǎn) th??ng ???c s? d?ng trong m?t s? ph?n ?ng ?i?n hóa(chǎn).

Hình 1 Quá trình ?i?n xúc tác chuy?n ??i n?ng l??ng b?n v?ng

?o V?n theo chu k? (CV) là ph??ng pháp nghiên c?u ???c s? d?ng ph? bi?n nh?t ?? ?ánh giá các h? th?ng ?i?n hóa(chǎn) ch?a bi?t. Nó ch? y?u thu ???c b?ng cách ki?m soát th? ?i?n c?c ? các t?c ?? khác nhau và quét m?t ho?c nhi?u l?n v?i d?ng sóng tam giác theo th?i gian. ???ng cong hi?n t?i-ti?m n?ng (iE). Các ph?n ?ng kh? và ph?n ?ng oxi hóa(chǎn) khác nhau có th? x?y ra luan phiên trên các ?i?n c?c trong các d?y th? khác nhau. Tính thu?n ngh?ch c?a ph?n ?ng ?i?n c?c có th? ???c ?ánh giá theo hình d?ng c?a ???ng cong; các ??nh h?p ph? và gi?i h?p ph? c?a ch?t ph?n ?ng có th? ???c s? d?ng ?? ?ánh giá ch?t xúc tác ?i?n theo ph?m vi th? c? th?. Khu v?c ho?t ??ng c?a xúc tác c?ng có th? ???c s? d?ng ?? thu ???c th?ng tin h?u ích v? các ph?n ?ng ?i?n c?c ph?c t?p.

Hình 1.1 Quét ???ng cong ?áp ?ng ti?m n?ng hi?n t?i

Nh? trong hình 1.1, ?i?n th? c?a n?a ??u ???c quét v? phía cat?t, và ch?t ho?t tính b? kh? trên ?i?n c?c ?? t?o ra sóng kh?. Khi ?i?n th? c?a n?a sau ???c quét v? phía c?c d??ng, s?n ph?m kh? l?i b? oxi hóa(chǎn) trên ?i?n c?c ?? t?o ra sóng oxi hóa(chǎn). Hai tham s? h?u ích c?a ???ng cong iE ?o v?n theo chu k? là t? s? dòng ?i?n ??nh ipa / ipc và hi?u ?i?n th? ??nh Epa-Epc. ??i v?i sóng Nernst c?a s?n ph?m ?n ??nh, t? l? dòng ?i?n ??nh ipa / ipc = 1, kh?ng ph? thu?c vào t?c ?? quét, h? s? khu?ch tán và ?i?n th? giao hoán. Khi quá trình quét cat?t b? d?ng l?i, dòng ?i?n b? suy gi?m v? 0 và sau ?ó ng??c l?i scand. ???ng cong iE thu ???c hoàn toàn gi?ng v?i ???ng cong cat?t, nh?ng ???c v? theo h??ng ng??c l?i c?a t?a ?? I và t?a ?? E. T? l? ipa / ipc l?ch 1, cho th?y r?ng quá trình ?i?n c?c kh?ng ph?i là m?t quá trình ph?n ?ng thu?n ngh?ch hoàn toàn liên quan ??n ??ng h?c ??ng nh?t ho?c các bi?n ch?ng khác. Chi?u cao pic ph?n ?ng và di?n tích pic có th? ???c s? d?ng ?? ??c tính các th?ng s? c?a h? th?ng nh? n?ng ?? c?a các ch?t ?i?n hóa(chǎn) ho?c h?ng s? v?n t?c c?a ph?n ?ng ??ng th? liên k?t. Tuy nhiên, ???ng cong CV kh?ng ph?i là m?t ph??ng pháp ??nh l??ng ly t??ng, và c?ng d?ng m?nh m? c?a nó là ? kh? n?ng ?ánh giá bán ??nh l??ng.

?o ?i?n áp xung là m?t ph??ng pháp ?o ?i?n hóa(chǎn) d?a trên ho?t ??ng c?a các ?i?n c?c phan c?c. Nó ???c s? d?ng ?? nghiên c?u quá trình oxy hóa(chǎn) kh? trong các m?i tr??ng khác nhau, s? h?p ph? c?a v?t li?u b? m?t trên v?t li?u xúc tác và c? ch? truy?n ?i?n t? trên b? m?t c?a các ?i?n c?c bi?n ??i v? m?t hóa(chǎn) h?c. Phát hi?n ??c bi?t hi?u qu?. Phép ?o ?i?n áp xung bao g?m phép ?o ?i?n áp b??c, phép ?o ?i?n áp xung th?ng th??ng, phép ?o ?i?n th? xung vi sai và phép ?o ?i?n th? sóng vu?ng tùy thu?c vào cách quét ?i?n áp. Trong s? ?ó, phép ?o v?n b??c t??ng t? nh? ph??ng pháp quét ti?m n?ng và ph?n ?ng c?a h?u h?t các h? th?ng ??i v?i v?n-ampe b??c có ?? phan gi?i cao h?n (ΔE <5 mV) r?t gi?ng v?i k?t qu? thí nghi?m quét tuy?n tính có cùng t?c ?? quét.

Quang ph? tr? kháng ?i?n hóa(chǎn) là áp d?ng m?t tín hi?u ?i?n nhi?u lo?n vào h? th?ng ?i?n hóa(chǎn). Kh?ng gi?ng nh? ph??ng pháp quét tuy?n tính, h? th?ng ?i?n hóa(chǎn) ? xa tr?ng thái can b?ng, sau ?ó ph?n ?ng c?a h? th?ng ???c quan sát, và các tính ch?t ?i?n hóa(chǎn) c?a h? th?ng ???c phan tích b?ng tín hi?u ?i?n ?áp ?ng. Ph? tr? kháng ?i?n hóa(chǎn) th??ng ???c s? d?ng ?? phan tích, ?ánh giá ph?n ?ng ORR trong pin nhiên li?u PEM, m? t? ??c ?i?m t?n th?t khu?ch tán trên b? m?t v?t li?u xúc tác, ??c tính ?i?n tr? ohmic, ??c ?i?m c?a tr? kháng truy?n ?i?n tích và ?i?n dung l?p kép ?? ?ánh giá và t?i ?u hóa(chǎn) c?m ?i?n c?c màng.

Ph? tr? kháng th??ng ???c v? d??i d?ng bi?u ?? Bode và bi?u ?? Nyquist. Trong bi?u ?? Bode, ?? l?n và pha c?a tr? kháng ???c v? d??i d?ng m?t hàm c?a t?n s?; trong bi?u ?? Nyquist, ph?n ?o c?a tr? kháng ???c v? ? m?i ?i?m t?n s? so v?i ph?n th?c. H? quang t?n s? cao ph?n ánh s? k?t h?p c?a ?i?n dung l?p kép c?a l?p xúc tác, tr? kháng truy?n ?i?n tích hi?u d?ng và ?i?n tr? ohmic, ph?n ánh tr? kháng ???c t?o ra b?i quá trình truy?n kh?i. ??i v?i m?t h? th?ng nh?t ??nh, hai vùng ??i khi kh?ng ???c xác ??nh r? ràng.

Hình 3.1 Ph? tr? kháng c?a h? th?ng ?i?n hóa(chǎn)

Hình 3.1 cho th?y các ??c tính c?c h?n c?a ?i?u khi?n ??ng h?c và ?i?u khi?n truy?n kh?i. Tuy nhiên, ??i v?i b?t k? h? th?ng nh?t ??nh nào, hai vùng có th? kh?ng ???c xác ??nh r? ràng. Y?u t? quy?t ??nh là m?i quan h? gi?a ?i?n tr? truy?n ?i?n tích và tr? kháng truy?n t?i. N?u h? th?ng hóa(chǎn) h?c ch?m ??ng h?c, nó s? hi?n th? Rct l?n, d??ng nh? có m?t vùng t?n s? r?t h?n ch?. Khi h? th?ng ??ng, Chuy?n giao v?t ch?t lu?n ?óng vai trò ch? ??o, và các vùng bán nguy?t r?t khó xác ??nh.

Ph??ng pháp ?o th?i gian là m?t ph??ng pháp ?i?u khi?n quá ?? có th? ???c s? d?ng ?? ?ánh giá s? h?p ph? và khu?ch tán c?a b? m?t ch?t xúc tác. ???ng cong ?o th?i gian thu ???c b?ng cách áp d?ng m?t b??c ?i?n th? vào h? th?ng ?i?n hóa(chǎn) ?? ?o s? thay ??i c?a tín hi?u ?áp ?ng dòng ?i?n theo th?i gian. Khi cho m?t b??c ?i?n th?, d?ng sóng c? b?n ???c th? hi?n trong Hình 4.1 (a), và b? m?t c?a ?i?n c?c r?n ???c phan tích v?i m?t ch?t ho?t tính. Sau khi b??c ?i?n th? ???c áp d?ng, các lo?i ?i?n c?c g?n b? m?t c?a ?i?n c?c ??u tiên b? kh? thành g?c anion ?n ??nh, ?òi h?i m?t dòng ?i?n l?n vì quá trình x?y ra ngay l?p t?c ? b??c t?c th?i. Dòng ?i?n ch?y sau ?ó ???c s? d?ng ?? duy trì các ?i?u ki?n mà ch?t ho?t ??ng b? m?t ?i?n c?c b? gi?m hoàn toàn. S? gi?m ban ??u gay ra m?t gradient n?ng ?? (t?c là n?ng ??) gi?a b? m?t ?i?n c?c và dung d?ch kh?i, và do ?ó ch?t ho?t ??ng b?t ??u liên t?c khu?ch tán v? phía b? m?t và khu?ch tán ??n ?i?n c?c. Các ch?t ho?t ??ng trên b? m?t hoàn toàn gi?m ngay l?p t?c. Dòng khu?ch tán, ngh?a là, dòng ?i?n, t? l? v?i gradien n?ng ?? c?a b? m?t ?i?n c?c. Tuy nhiên, l?u y r?ng khi ph?n ?ng ti?p t?c, ch?t ho?t ??ng trong dung d?ch kh?i khu?ch tán liên t?c v? phía b? m?t c?a ?i?n c?c, làm cho vùng gradient n?ng ?? m? r?ng d?n v? phía dung d?ch kh?i, và gradient n?ng ?? b? m?t c?a ?i?n c?c r?n d?n d?n tr? nên nh? h?n (c?n ki?t), và dòng ?i?n d?n d?n thay ??i. nh? bé. S? phan b? n?ng ?? và dòng ?i?n so v?i th?i gian ???c th? hi?n trong Hình 4.1 (b) và Hình 4.1 (c).

Hình 4.1 (a) D?ng sóng th?c nghi?m b??c, ch?t ph?n ?ng O kh?ng ph?n ?ng ? th? E1, b? gi?m ? E2 ? t?c ?? gi?i h?n khu?ch tán; (b) s? phan b? n?ng ?? t?i các th?i ?i?m khác nhau; (c) hi?n t?i so v?i ???ng cong th?i gian

C?ng ngh? ?i?n c?c ??a quay (RDE) r?t h?u ích trong vi?c nghiên c?u ph?n ?ng ??ng nh?t liên k?t c?a b? m?t ch?t xúc tác, do ?ó ph?n ?ng ?i?n hóa(chǎn) trên b? m?t ch?t xúc tác ???c th?c hi?n trong ?i?u ki?n tr?ng thái t??ng ??i ?n ??nh. RDE có th? ki?m soát các ch?t có ?? khu?ch tán ch?m h?n, ch?ng h?n nh? khí d? dàng khu?ch tán vào dung d?ch, gi?m ?nh h??ng c?a l?p khu?ch tán ??n s? phan b? m?t ?? dòng ?i?n. Do ?ó, m?t ?? dòng ?i?n ?n ??nh thu ???c, ? tr?ng thái ?n ??nh g?n ?úng, có l?i cho quá trình phan tích ?i?n hóa(chǎn); RDE có th? ?i?u khi?n t?c ?? ch?t ?i?n phan ??n b? m?t ?i?n c?c b?ng cách ?i?u ch?nh t?c ?? quay và ?o các th?ng s? c?a quá trình ph?n ?ng ?i?n c?c ? các t?c ?? quay khác nhau. phan tích.

Khi con ng??i tr? nên quan tam h?n ??n vi?c phát tri?n các ch?t xúc tác ?i?n tiên ti?n ?? chuy?n ??i n?ng l??ng s?ch, ngoài vi?c nh?n m?nh vi?c s? d?ng m?t s? ph??ng pháp c? b?n ?? xác ??nh ??c ?i?m c?a các ph?n ?ng ?i?n xúc tác, c?n ki?m tra thêm các b??c c? b?n c?a m?i ph?n ?ng ?? xác ??nh s? k?t h?p c?a chìa khóa(chǎn) ch?t trung gian, b? m?t c?a ch?t trung gian, và n?ng l??ng c?a m?i b??c ph?n ?ng c? b?n. Vi?c nghiên c?u các ph??ng pháp ?i?n hóa(chǎn) v?n còn ?òi h?i nhi?u chi ti?t v? giao di?n ?i?n c?c - ch?t ?i?n phan mà cho ??n nay v?n ch?a ???c bi?t ??n, ch?ng h?n nh? các rào c?n ??ng h?c và ph?n ?ng liên quan ??n các b??c c? b?n chính c?a s? chuy?n proton / electron; g?n dung m?i, cation và giao di?n ph?n ?ng. M? t? tr?ng thái nguyên t?, c?p ?? phan t? c?a anion; và các ph??ng pháp thu tín hi?u th?i gian th?c nhanh h?n và hi?u qu? h?n trong su?t quá trình ph?n ?ng ?i?n hóa(chǎn) v?n ?i ??u trong các ph?n ?ng ?i?n xúc tác. Tóm l?i, vi?c nghiên c?u sau các ph??ng pháp xác ??nh ??c tính ?i?n hóa(chǎn) cung c?p m?t chi?n l??c ??nh h??ng cho vi?c phát tri?n các h? th?ng xúc tác m?i hi?u su?t cao.