Электрокатализатор
Электрокатализатор – катализатор , участвующий в электрохимических реакциях . Электрокатализаторы представляют собой особую форму катализаторов, которые функционируют на поверхности электрода или, чаще всего, могут быть самой поверхностью электрода. Электрокатализатор может быть гетерогенным , таким как платинированный электрод. [1] Гомогенные электрокатализаторы, которые являются растворимыми, способствуют переносу электронов между электродом и реагентами и/или облегчают промежуточное химическое превращение, описываемое общей полуреакцией . [2] Основные проблемы электрокатализаторов связаны с топливными элементами. [3] [4]
Хлорно- щелочной процесс представляет собой крупномасштабное применение, в котором используются электрокатализаторы. Эта технология поставляет большую часть хлора и гидроксида натрия, необходимых во многих отраслях промышленности. Катод представляет собой титановый анод, плакированный смешанным оксидом металла (также называемый анодом со стабильными размерами). [5] [6]
Электрофторированием получают многие фторорганические соединения . [7] Одним из проявлений этой технологии является процесс Саймонса , который можно описать как:
В ходе типичного синтеза эта реакция происходит один раз для каждой связи С–Н в предшественнике. Потенциал клетки поддерживается на уровне 5–6 В. Анод , электрокатализатор , никелирован .
В общем, катализатор — это агент, который увеличивает скорость химической реакции , но не расходуется в ходе реакции. С термодинамической точки зрения катализатор снижает энергию активации , необходимую для протекания химической реакции. Электрокатализатор – это катализатор, влияющий на энергию активации электрохимической реакции. [8] Ниже показана энергия активации химических реакций по отношению к энергиям продуктов и реагентов. Энергия активации в электрохимических процессах связана с потенциалом , т. е. напряжением, при котором происходит реакция. Так, электрокатализаторы часто изменяют потенциал, при котором наблюдаются процессы окисления и восстановления. [9]В качестве альтернативы электрокатализатор можно рассматривать как агент, который облегчает специфическое химическое взаимодействие на поверхности электрода. [10] Учитывая, что электрохимические реакции происходят, когда электроны переходят от одного химического вещества к другому, благоприятные взаимодействия на поверхности электрода увеличивают вероятность возникновения электрохимических превращений, тем самым снижая потенциал, необходимый для достижения этих превращений. [10]
Электрокатализаторы можно оценить по трем показателям качества: активности, стабильности и селективности. Активность электрокатализаторов можно оценить количественно, поняв, какая плотность тока генерируется и, следовательно, как быстро протекает реакция при данном приложенном потенциале. Эта связь описывается уравнением Тафеля . [8] При оценке стабильности электрокатализаторов решающее значение имеет способность катализаторов выдерживать потенциалы, при которых происходят превращения. Селективность электрокатализаторов относится к их предпочтительному взаимодействию с определенными субстратами и образованию ими одного продукта. [8]Селективность можно количественно оценить с помощью коэффициента селективности, который сравнивает реакцию материала на желаемый аналит или субстрат с реакцией на другие мешающие вещества. [11]
