循環伏安曲線與極化曲線

2021-02-19 山那邊的小黑屋

        什麼是極化曲線？每個電極反應都有它的平衡電勢，就是在這個電勢下，電極上氧化反應和還原反應速度相同，因此界面上沒有電子和離子的積聚，同時電流為零；當外電壓偏移這個平衡電勢時，氧化反應或者還原反應會佔優，電荷會積聚在電極-電解質界面形成雙電層，從而有電勢差，因此產生法拉第電流，此現象稱為極化。極化曲線就是測量法拉第電流隨外電壓變化的曲線，當極化曲線中電流值為0時，對應的就是該電極反應的平衡電勢。

        測量極化曲線用恆電位法，在電位達到穩態，測量準確後再改變電位。在燃料電池的氧還原反應中，氧氣在電解質內擴散速度慢、在電極上分布不均勻，為了解決這個問題，電極使用旋轉圓盤電極。旋轉圓盤電極（RDE）是一種使電極反應儘量趨向於穩態的一種技術，消除了雙電層的影響，使得反應物到達電極表面任何一點的電流密度保持一致。可以控制擴散較慢的物質（如氣體）到達電極表面的厚度均勻；使得反應物均勻分布在電極表面，排除雙電層的影響。

        在這裡介紹一下如何通過極化曲線獲得催化劑的活性。同樣用論文（Chen, C. et al., Science, 2014. 343(6177)）中的極化曲線作為例子，文中用極化曲線比較了Pt/C、PtNi/C nanoparticles、Pt3Ni/C nanoframes 三種材料的活性。

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