氧还原ORR的全测试总结.doc

Nafion溶液为1ml稀释成50ml，溶剂乙醇，异丙醇，DMF等与催化剂材料有关
催化剂墨水浓度一般为5mg/ml，负载量不要超过400ug/cm2
作为参照的贵金属催化剂负载量小于这个值，自行掌握，以一半居多

电解液0.1M的KOH，分别测试N2充满的CV，O2充满的CV和LSV。

N2 CV活化，活化圈数自己实验掌握，扫速为100mV，电压窗口略小于或等于CV测试窗口。

N2 CV测试，电压窗口与参比电极有关，一般要换算成标准氢电极RHE，换算公式依据能斯特方程：
E(RHE) = E(SCE) + 0.0591pH + 0.24 对于0.1M KOH是E(SCE)+1.0083
E(RHE) = E(NHE) + 0.0591pH
E(NHE) = E(Ag/AgCl) + 0.197，也有+ 0.21的，这里有疑问
饱和甘汞电极SCE，一般氢电极NHE
对于SCE的CV测试参数

一般画图的时候画到-0.8，转换到RHE的时候范围是0.2到1.2，因为氧气还原和氧化的平衡电位为1.23V，ORR的过电位就是比这个值的部分小的部分，过电位越小，能量转换效率越高因此对于ORR就是电位，无论起始还是半波都是越正越好

O2 CV测试，参数跟N2一样

O2 LSV测试参数

测试从0.2扫到-1因为电极上发生的是氧还原反应，电位从正到负是还原过程

稳定性测试有两种，一种是测i-t曲线，电位选择发生极限扩散后的电位，对于SCE一般-0.3或者-0.4，时间一般要数万秒，另一种是循环几千圈CV后测LSV

转移电子数的测定也有两种方法
一种是利用K-L方程，这里引申一下解析K-L方程
首先是Levich方程即L方程

i是极限扩散电流，注意这个不是实际测得的极限扩散部分电流，A是电极几何面积，D为扩散系数，v为粘度系数，C为浓度，w为角速度，n为转移电子数
这里有时直接用电流密度j，那么方程中就去除面积A
另外这里的系数0.62，对应角速度w，单位为rad/s，而有时系数为0.2，对应转数N，单位为r/min，换算公式w=2pai*N或者w=pai*N/30，跟单位有关
但是实际测试情况为Koutecky-Levich方程，即K-L方程

这里的ik为无任何传质作用时的电流，也就是动力学控制电流，实际测试极限扩散部分的电流是这个电流和理论极限扩散电流共同组成的
因此求算转移电子数是极限扩散电流的倒数对角速度平方根倒数作图，得到的斜率除去常数，剩下的就是n了

另外这个ik动力学控制电流也是评估材料活性的标准之一，相对测试的极限扩散电流，这个电流更为权威，具体方法也是根据K-L方程得到

这里J是当前电压的测试电流密度，Jd为极限扩散电流密度，注意这里不是很清楚，不知道是用的测定的值还是通过转移电子数计算得到的值。不过显然在某个电压下，当前测试的电流密度越大的那个，其Jk也就越大，一般讨论的是某个半波电位处的Jk

另一种测定n的方法是通过旋转圆盘圆环电极RRDE，测试双氧水分解
RRDE是双工作电极，在环上施加恒定电压，可以分解盘上产生的H2O2，并达到极限扩散
对于CHI，这里五根线里面黑色的是地线，双工作电极分别接绿线和黄线
设定参数为Electrode 2那里

对于双氧水的碱性分解电位为1.48V vs. RHE
处理数据用的公式为
或者
这里的N叫环捕集系数，在圆盘电极上发生反应，反应产物通过旋转转移至圆环电极上发生反应，但是由于溶液的径向流动部分产物会带往圆盘的边缘和扩散到溶液内部，因此产物并不能得到完全反应，因此生成的产物与在环电极上被反应的产物之比为收集系数，需要测定，测定是在10mM的K3Fe(CN)6+溶剂，这里溶剂有用体系，有用KNO3，有用KCl，不清楚区别，测定条件是涂抹了催化剂，O2饱和，扫LSV，LSV设定与正常一样，得到的环盘电流密度比值就是捕集系数。对于N的理论值是通过公式计算的。实际上这个捕集系数就是在修正环电流密度。另外这里只能用电流密度因为环盘的面积不一定相等。