電化學知識

ECSA 是(shì)指什麽？

Electrochemical Active Surface Area （ECSA）是(shì)指電化學活性面積，即參與電化學反應的(de)有效面積。電活性面積對于(yú)(ECSA)歸一(yī / yì ／yí)化電流，計算電化學反應的(de)動力學參數至關重要(yào / yāo)！比如，在(zài)腐蝕研究中，當ECSA可以(yǐ)歸一(yī / yì ／yí)化時(shí)，腐蝕研究的(de)速率變得非常有意義。在(zài)能源研究中，如氫析出(chū)反應(HRE)，氫氧化反應(HOR), 氧析出(chū)反應 (OER)和(hé / huò)氧還原反應 (ORR)等被廣泛的(de)進行研究。對于(yú)這(zhè)些催化反應研究中，ECSA的(de)精确測量對于(yú)催化活性的(de)研究尤爲(wéi / wèi)重要(yào / yāo)，因爲(wéi / wèi)這(zhè)樣真實的(de)反應動力學才能夠被确定。但準确測量這(zhè)些電極材料的(de)ECSA非常有挑戰。因爲(wéi / wèi)會涉及到(dào)電極、催化劑形狀，電解液反應，表面吸附，非法拉第反應過程等諸多因素。

ECSA用什麽方法來(lái)測？

大(dà)多數值得信賴的(de)ECSA測試方法，都基于(yú)溶液中電極表面特定吸附的(de)離子(zǐ)或者氣體(如溶液中Pt表面，吸附的(de)一(yī / yì ／yí)氧化碳或者氫氣)此外，欠電位沉積(UPD)也(yě)被用于(yú)測試電極表面面積。施加電壓改變電極的(de)氧化态也(yě)可以(yǐ)用于(yú)測量ECSA。但是(shì)，這(zhè)些方法都有一(yī / yì ／yí)定的(de)選擇性，僅适用于(yú)特定材料。常用方法爲(wéi / wèi)比表面積測試法(BET), 即在(zài)接近真空條件下的(de)氣體吸附量。但是(shì)，對于(yú)這(zhè)個(gè)方法，需要(yào / yāo)樣品的(de)比表面積在(zài)幾個(gè)平方米每克量級，才可以(yǐ)達到(dào)一(yī / yì ／yí)定信号強度。因此，BET适合于(yú)非常細小的(de)粉末不(bù)适用于(yú)面積較小的(de)電極。

目前來(lái)說(shuō)，雙電容層測量法(DLC) ，被公認爲(wéi / wèi)比較合理的(de)，可用于(yú)測試ECSA的(de)方法。然而(ér)，BET與DLC測試的(de)結果，會有幾個(gè)數量級的(de)差異。

ECSA如何準确測量?

目前來(lái)說(shuō)，CV和(hé / huò)EIS是(shì)測試DLC計算ECSA*可靠的(de)方式。請注意CV是(shì)指linear scan CV哦，非一(yī / yì ／yí)般的(de)staircase CV 。更多關于(yú)Linear scan CV 和(hé / huò)Staircse CV的(de)說(shuō)明請參考下列信息。

linear Scan CV vs Staircase CV

CV計算ECSA

EIS 計算ECSA

CV與EIS結果對比

參考資料

1. Adv. Energy Mater. 2020, 2000652

2. Electrochemical Impedance Spectroscopy and Cyclic Voltammetry to Determine Double Layer Capacitances and Electrochemically Active Surface Areas, Doi:10.1149/http://osf.io/gyexd

3. static/file/1535142.pdf