Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема электрохимических микровесов из кристаллов кварца

Электрохимические микровесы на кристаллах кварца ( EQCM ) - это сочетание электрохимии и микровесов на кристаллах кварца , которое было создано в 80-х годах. [1] [2] [3] Обычно устройство EQCM содержит часть электрохимических ячеек и часть QCM. [4] Два электрода с обеих сторон кристалла кварца служат двум целям. [4] Во-первых, между двумя электродами создается переменное электрическое поле, которое составляет генератор. [4] Во-вторых, электрод, контактирующий с электролитом, используется в качестве рабочего электрода.(WE) вместе с противоэлектродом (CE) и электродом сравнения (RE) в потенциостатической цепи, составляющей электрохимическую ячейку. [4] Таким образом, рабочим электродом электрохимической ячейки является датчик QCM. [2]

Как измерение на месте с высокой массочувствительностью, EQCM подходит для мониторинга динамического отклика реакций на границе раздела электрод-раствор при приложенном потенциале. [5] При изменении потенциала металлического электрода QCM отслеживается отрицательное или положительное изменение массы в зависимости от соотношения поглощения анионов на поверхности электрода и растворения ионов металла в растворе. [5]

Калибровка EQCM [ править ]

Чувствительность EQCM фактор К может быть вычислена путем расчесывания электрохимического элемента , измеренную плотность заряда и ПКМ измеренного сдвига частоты. [6] Коэффициент чувствительности действителен только тогда, когда изменение массы электрода однородное. [6] В противном случае K принимается как средний коэффициент чувствительности EQCM. [6]

[6]

где - измеренный сдвиг частоты ( ), S - активная площадь кристалла кварца ( ), ρ - плотность кристалла кварца, - модуль сдвига кристалла кварца и - основная частота кристалла кварца . K - коэффициент внутренней чувствительности EQCM. [6]

В определенном растворе электролита металлическая пленка осаждается на рабочем электроде, который является поверхностью датчика QCM. [6]

[6]

Плотность заряда ( ) участвует в электровосстановлении ионов металлов при постоянном токе за период времени ( ). [6]

Активная поверхностная плотность рассчитывается по формуле

[6]

где - атомный вес наплавленного металла, z - электровалентность , F - постоянная Фарадея . [6]

Экспериментальная чувствительность EQCM рассчитывается путем расчесывания и . [6]

[6]

Приложение EQCM [ править ]

Применение EQCM в электросинтезе [ править ]

EQCM можно использовать для мониторинга химической реакции, происходящей на электроде, что обеспечивает оптимальные условия реакции путем сравнения факторов влияния в процессе синтеза. [7] Некоторые предыдущие работы уже исследовал процесс полимеризации и свойства переноса заряда, [8] полимера роста пленки на поверхности золотого электрода, [9] и полимеризации процесса [10] из полипиррола и его производных. EQCM был использован для изучения процесса электрополимеризации и легирования / удаления допирования свойств полианилиновой пленки на поверхности золотого электрода. [11] Исследовать электросинтез.процесса, иногда необходимо комбинировать другие технологии определения характеристик, такие как использование FTIR и EQCM для изучения влияния различных условий на формирование структуры пленки поли (3,4-этилендиокситиофена) [12] и использование EQCM вместе с AFM , FTIR , EIS , для исследования процесса образования пленки в растворе электролита алкилкарбонат / соль лития на поверхности электродов из драгоценных металлов. [13]

Применение EQCM при электроосаждении и растворении [ править ]

EQCM широко используется для изучения процесса осаждения / растворения на поверхности электрода, такого как колебания электродного потенциала во время электроосаждения слоистой наноструктуры Cu / CuO 2 , [14] процесса осаждения гексацианоферрата кобальта и никеля в растворе электролита нитрата кальция и нитрата бария. , [15] и электрохимическое поведение Mg-электрода в различных полярных растворах апротонных электролитов. [16] EQCM можно использовать как мощный инструмент для изучения коррозии и защиты от коррозии, который обычно сочетается с другими технологиями определения характеристик. [5] В предыдущей работе использовались EQCM и XPS.исследовали изменение массы электродов из сплава Fe-17Cr-33Mo / Fe-25Cr во время экспериментов по развертке потенциала и скачку потенциала в пассивной области потенциала в кислотном и основном электролите. [17] В другой предыдущей работе использовались EQCM и SEM для изучения влияния пурина (PU) на коррозию медного электрода и самопроизвольное растворение в растворе электролита NaCl. [18]

Применение EQCM в адсорбции и десорбции [ править ]

EQCM был использован для исследования самоорганизующихся монослоев длинноцепочечных алкилмеркаптанов [19], а также алкантиола и меркаптоалканоидов [20] на поверхности золотого электрода.

Применение EQCM в полимерно-модифицированном электроде [ править ]

EQCM можно использовать для идеальной модификации полимерных мембран вместе с другими электрохимическими измерениями или методами определения характеристик поверхности. [7] Группа исследователей с помощью CV , UV-Vis , IR и EQCM изучила необратимые изменения некоторых политиофенов в процессе электрохимического восстановления в ацетонитриле . [21] Позже они использовали АСМ и EQCM и исследовали рост полипиррольной пленки в мицеллярном растворе анионного ПАВ. [22] Затем расчесывание с CV , UV-Vis , FTIR , ESRони использовали EQCM для изучения проводимости и магнитных свойств 3,4-диметокси и 3,4-этилендиокси-концевых полипиррола и политиофена. [23]

Применение EQCM в преобразовании и хранении энергии [ править ]

EQCM можно использовать для изучения процесса адсорбции и окисления молекул топлива на поверхности электрода, а также влияния электродного катализатора или других добавок на электрод, таких как оценка внутренней Pt-нагрузки полипиррола в топливном элементе из полипиррол / платинового композитного материала. [24] процесс анодирования топливных элементов на основе метанола, [25] и электроосаждение суспендированных наночастиц оксида церия, легированных оксидом гадолиния, под ультразвуком для композитных топливных элементов Co / CeO 2 и Ni / CeO 2 . [26] EQCM также может использоваться для изучения характеристик накопления энергии и факторов влияния суперконденсаторов [27]и электрохимические конденсаторы. Например, EQCM используется для изучения датчика движения ионов проводящего полимера конденсатора на катоде. [28] В некоторых работах изучается применение EQCM в солнечной энергии, которое в основном связано с аддитивным и тонкопленочным материалом, например, с использованием EQCM для изучения процесса электрохимического осаждения и стабильности катализатора выделения кислорода Co-Pi для хранения солнечной энергии. [29]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Шумахер, Р .; Borges, G .; Канадзава, KK (ноябрь 1985 г.). «Кварцевые микровесы: чувствительный инструмент для исследования реконструкций поверхности золотых электродов в жидкости». Письма о науке о поверхности . 163 (1): L621 – L626. Bibcode : 1985SurSL.163L.621S . DOI : 10.1016 / 0167-2584 (85) 90839-4 . ISSN  0167-2584 .
  2. ^ a b Брукенштейн, Стэнли; Шей, Майкл (июнь 1985). «Исследование in situ механизма формирования монослоя адсорбированного кислорода на золотом электроде». Журнал электроаналитической химии и межфазной электрохимии . 188 (1–2): 131–136. DOI : 10.1016 / s0022-0728 (85) 80057-7 . ISSN 0022-0728 . 
  3. ^ Канадзава, К. Кейджи .; Гордон, Джозеф Г. (июль 1985 г.). «Частота контакта кварцевых микровесов с жидкостью». Аналитическая химия . 57 (8): 1770–1771. DOI : 10.1021 / ac00285a062 . ISSN 0003-2700 . 
  4. ^ a b c d Streinz, Кристофер К. (1995). «Влияние тока и концентрации нитрата никеля на осаждение пленок гидроксида никеля» . Журнал Электрохимического общества . 142 (4): 1084–1089. Bibcode : 1995JElS..142.1084S . DOI : 10.1149 / 1.2044134 . ISSN 0013-4651 . 
  5. ^ a b c Schmutz, P .; Ландольт, Д. (декабрь 1999 г.). «Исследование переходного отклика пассивного сплава Fe25Cr с помощью электрохимического микровесов кристаллов кварца». Electrochimica Acta . 45 (6): 899–911. DOI : 10.1016 / s0013-4686 (99) 00293-5 . ISSN 0013-4686 . 
  6. ^ Б с д е е г ч я J K L Габриэлли, С. (1991). «Калибровка электрохимических микровесов из кристаллов кварца». Журнал Электрохимического общества . 138 (9): 2657–2660. Bibcode : 1991JElS..138.2657G . DOI : 10.1149 / 1.2086033 . ISSN 0013-4651 . 
  7. ↑ a b yan, xiao (ноя 2018). «Применение электрохимических микровесов из кристаллов кварца» . Успехи в химии . 30 (11): 1701.
  8. ^ Бейкер, Чарльз К .; Цю, Юн Цзянь; Рейнольдс, Джон Р. (май 1991 г.). «Электрохимически индуцированный заряд и массоперенос в молекулярных композитах полипиррол / полистиролсульфонат». Журнал физической химии . 95 (11): 4446–4452. DOI : 10.1021 / j100164a053 . ISSN 0022-3654 . 
  9. ^ Чунг, Сун-Ми; Пайк, Вун-ки; Ё, Ин-Хён (январь 1997 г.). «Исследование начального роста полипиррола на золотом электроде с помощью электрохимических кварцевых микровесов». Синтетические металлы . 84 (1–3): 155–156. DOI : 10.1016 / s0379-6779 (97) 80690-X . ISSN 0379-6779 . 
  10. ^ Bose, CSC; Basak, S .; Раджешвар К. (ноябрь 1992 г.). «Электрохимия пленок поли (пирролхлорида): исследование эффективности полимеризации, ионного транспорта во время окислительно-восстановительного процесса и определение уровня легирования с помощью электрохимической микрогравиметрии кристаллов кварца, измерения pH и ионоселективных электродов». Журнал физической химии . 96 (24): 9899–9906. DOI : 10.1021 / j100203a059 . ISSN 0022-3654 . 
  11. ↑ Баба, Акира; Тиан, Шэнцзюнь; Стефани, Фернандо; Ся, Чуаньцзюнь; Ван, Чжэхуэй; Адвинкула, Ригоберто С; Йоханнсманн, Дитхельм; Knoll, Вольфганг (январь 2004 г.). «Электрополимеризационные и легирующие / дедопинговые свойства тонких пленок полианилина, исследованные методами электрохимической поверхностной плазмонной спектроскопии и микровесов на кристаллах кварца». Журнал электроаналитической химии . 562 (1): 95–103. DOI : 10.1016 / j.jelechem.2003.08.012 . ISSN 1572-6657 . 
  12. ^ Kvarnström, C .; Neugebauer, H .; Blomquist, S .; Ahonen, HJ; Kankare, J .; Иваска, А. (апрель 1999 г.). «Спектроэлектрохимическая характеристика поли (3,4-этилендиокситиофена) in situ». Electrochimica Acta . 44 (16): 2739–2750. DOI : 10.1016 / s0013-4686 (98) 00405-8 . ISSN 0013-4686 . 
  13. ^ Aurbach, D .; Мошкович, М .; Cohen, Y .; Шехтер, А. (апрель 1999 г.). «Исследование образования поверхностной пленки на электродах из благородных металлов в растворах алкилкарбонатов / солей лития с одновременным использованием in situ AFM, EQCM, FTIR и EIS». Ленгмюра . 15 (8): 2947–2960. DOI : 10.1021 / la981275j . ISSN 0743-7463 . 
  14. ^ Боханнан, Эрик В .; Хуанг, Лин-Юанг; Миллер, Ф. Скотт; Шумский, Марк Г .; Свитцер, Джей А. (февраль 1999 г.). "Исследование на месте электрохимических кристаллов кварца с помощью микровесов потенциальных колебаний во время электроосаждения слоистых наноструктур Cu / Cu2O". Ленгмюра . 15 (3): 813–818. DOI : 10.1021 / la980825a . ISSN 0743-7463 . 
  15. ^ Чен, С.-М. (Март 2002 г.). «Получение, характеристика и свойства электрокаталитического окисления железа, кобальта, никеля и гексацианоферрата индия». Журнал электроаналитической химии . 521 (1–2): 29–52. DOI : 10.1016 / s0022-0728 (02) 00677-0 . ISSN 1572-6657 . 
  16. ^ Lu, Z .; Schechter, A .; Мошкович, М .; Аурбах, Д. (май 1999 г.). «Об электрохимическом поведении магниевых электродов в растворах полярных апротонных электролитов». Журнал электроаналитической химии . 466 (2): 203–217. DOI : 10.1016 / s0022-0728 (99) 00146-1 . ISSN 1572-6657 . 
  17. ^ Шмутц, P; Ландольт, Д. (ноябрь 1999 г.). «Микрогравиметрические исследования in-situ пассивных сплавов: эксперименты с разверткой потенциала и ступенчатым потенциалом с Fe – 25Cr и Fe – 17Cr – 33Mo в кислотных и щелочных растворах». Наука о коррозии . 41 (11): 2143–2163. DOI : 10.1016 / s0010-938x (99) 00038-4 . ISSN 0010-938X . 
  18. ^ Scendo, M. (февраль 2007). «Влияние пурина на коррозию меди в хлоридных растворах». Наука о коррозии . 49 (2): 373–390. DOI : 10.1016 / j.corsci.2006.06.022 . ISSN 0010-938X . 
  19. ^ Шнайдер, Томас У .; Баттри, Дэниел А. (декабрь 1993 г.). «Электрохимические исследования микробаланса кристаллов кварца адсорбции и десорбции самоорганизующихся монослоев алкилтиолов на золоте». Журнал Американского химического общества . 115 (26): 12391–12397. DOI : 10.1021 / ja00079a021 . ISSN 0002-7863 . 
  20. ↑ Кавагути, Тошикадзу; Ясуда, Хироаки; Симадзу, Кацуаки; Портер, Марк Д. (декабрь 2000 г.). "Электрохимическое исследование микровесов кристаллов кварца восстановительной десорбции самоорганизованных монослоев алкантиолов и меркаптоалкановых кислот на Au". Ленгмюра . 16 (25): 9830–9840. DOI : 10.1021 / la000756b . ISSN 0743-7463 . 
  21. ^ Zotti, G .; Schiavon, G .; Зекчин, С. (июнь 1995 г.). «Необратимые процессы при электрохимическом восстановлении политиофенов. Химические модификации полимера и явления захвата заряда». Синтетические металлы . 72 (3): 275–281. DOI : 10.1016 / 0379-6779 (95) 03280-0 . ISSN 0379-6779 . 
  22. ^ Naoi, Катсухико (1995). "Электрохимия полипиррольной пленки, легированной поверхностно-активными веществами (I): формирование столбчатой ​​структуры путем электрополимеризации". Журнал Электрохимического общества . 142 (2): 417–422. Bibcode : 1995JElS..142..417N . DOI : 10.1149 / 1.2044042 . ISSN 0013-4651 . 
  23. ^ Зотти, Джанни; Зекчин, Сандро; Скьявон, Жильберто; Грюнендал, Л. «Берт» (октябрь 2000 г.). «Проводящие и магнитные свойства полипиррола и политиофена с 3,4-диметокси- и 3,4-этилендиоксигруппой». Химия материалов . 12 (10): 2996–3005. DOI : 10.1021 / cm000400l . ISSN 0897-4756 . 
  24. ^ Шмидт, ВМ; Стимминг, У. (1996), «Системы топливных элементов для транспортных средств», Новые перспективные электрохимические системы для аккумуляторных батарей , Дордрехт: Springer, Нидерланды, стр. 233–246, doi : 10.1007 / 978-94-009-1643-2_17 , ISBN 978-94-010-7235-9
  25. ^ WU, Q; ZHEN, C; ZHOU, Z; ВС, Ю (фев 2008). «Электрохимическое поведение необратимо адсорбированной сурьмы на золотом электроде». Acta Physico-Chimica Sinica . 24 (2): 201–204. DOI : 10.1016 / s1872-1508 (08) 60010-8 . ISSN 1872-1508 . 
  26. ^ Argirusis, Chr .; Matić, S .; Шнайдер, О. (октябрь 2008 г.). «Исследование EQCM ультразвукового электроосаждения композитов Co / CeO2 и Ni / CeO2 для применения в топливных элементах». Physica Status Solidi (А) . 205 (10): 2400–2404. Bibcode : 2008PSSAR.205.2400A . DOI : 10.1002 / pssa.200779409 . ISSN 1862-6300 . 
  27. ^ Леви, Михаэль Д .; Салитра, Григорий; Леви, Наоми; Аурбах, Дорон; Майер, Иоахим (18 октября 2009 г.). «Применение микровесов с кварцевым кристаллом для измерения потоков ионов в микропористых углях для хранения энергии». Материалы природы . 8 (11): 872–875. Bibcode : 2009NatMa ... 8..872L . DOI : 10.1038 / nmat2559 . ISSN 1476-1122 . PMID 19838184 .  
  28. ^ Фаррингтона, ГХ (1991-07-01). «Полимерные электролиты для литиевых батарей при комнатной температуре» . DOI : 10.2172 / 5176162 . Cite journal requires |journal= (help)
  29. ^ Иршад, Ахамед; Муничандрайя, Ноокала (11 апреля 2013 г.). "Исследование EQCM электрохимического осаждения и стабильности катализатора выделения кислорода Co – Pi для хранения солнечной энергии". Журнал физической химии C . 117 (16): 8001–8008. DOI : 10.1021 / jp312752q . ISSN 1932-7447 .