电输运谱在原位电化学界面测量应用中的最新进展

电化学/电催化技术是实现能源高效转化与储存的重要手段,并已经发展成为一个国际前沿领域。如今日渐深入的电催化研究开始要求更精确且多维度的电化学界面信息,从而指导实现电化学体系的优化,而这往往依赖于一些原位表征方法的发展和应用。电输运谱(electrical transport spectroscopy,ETS)是一种新兴的基于芯片平台的电化学原位表征技术,它可以实现电势扫描条件下电化学信号和电极材料电输运性质的同时获取。本文首先介绍了基于铂纳米线微纳器件的ETS信号原理(吸附现象导致的表面电子散射)和器件制作流程、几个典型电催化反应过程中铂表面状态的演变,以及电解质离子竞争吸附对铂催化氧还原反应动力学过程的影响。由于与电化学体系的高度匹配,ETS可应用于不同结构及金属类型材料体系(金和铂纳米颗粒)。金和铂表现出显著不同的离子吸附现象,尤其是对于弱吸附离子(高氯酸根和硫酸根)。通过电输运谱还可实时监测电化学过程中材料的相变及电子性质的变化。于是,ETS可被用于监测和实现二维材料电化学可控插层,理解电催化剂在电催化过程中的相变机制以及相变过程如何影响电催化活性,揭示二维半导体催化剂材料电催化过程的自门控效应。此外,ETS还被应用于生物电化学体系,探索电化学过程中的细胞导电机制。最后,本文对ETS的优点及不足进行总结,展望了ETS在未来电化学领域所面临的挑战和机遇。

纳米多孔银的制备及其对甲醛的高效检测

纳米多孔银因其比表面积大且活性位点密度高等特性,在甲醛高效检测领域有潜在应用。本工作在0.1 mol·L^-1盐酸溶液中对Ag30Zn70合金通过化学脱合金和电化学脱合金两种方法制备纳米多孔银,研究化学脱合金时间及电化学脱合金电压对纳米多孔银孔结构的影响以及多孔结构对甲醛的检测灵敏度和有效检测范围。结果表明,在0.1 mol/L盐酸溶液中自然浸泡24 h过程中,金属间化合物ε相中的Zn发生缓慢选择性溶解,形成纳米多孔Ag及残存ε相的共存结构,通过化学脱合金难以制备出Ag相占比高的纳米多孔结构。通过电化学脱合金方式施加电压0.10V极化6000s后,可制备出孔径约80 nm的三维连续贯通的纳米多孔银结构。循环伏安测定结果表明,在0.5 mol·L^-1 KOH基液中,甲醛氧化电流密度随着甲醛浓度的增加而增大,氧化电流密度与甲醛浓度在10~100 mmol·L^-1范围内成良好的线性关系,甲醛的检测灵敏度为0.10。纳米多孔银在甲醛浓度为50~100 mmol·L^-1的高浓度范围表现出高效的甲醛检测性能。

电化学脱合金制备纳米多孔Ag及其甲醛检测性能

以Ag30Zn70合金为原料,通过调控脱合金电势及电流的2种电化学脱合金方法制备纳米多孔Ag材料。结果表明,脱合金电位或电流对纳米多孔Ag的成分、结构及孔径尺寸有重要影响。通过在2.5 mA/cm2电流密度下脱合金处理6000 s后可获得孔径约为80 nm的双连续纳米多孔Ag结构。循环伏安实验结果表明,纳米多孔Ag在0.5 mol/L的KOH溶液中对甲醛有良好的催化和检测性能,归因于纳米多孔结构中较优的纳米多孔孔径和Ag韧带的尺寸匹配。具有更小尺寸孔径的纳米多孔Ag有着更高的甲醛催化和检测性能。孔径约为80 nm的纳米多孔Ag在10~100 mmol/L浓度范围内的甲醛检测灵敏度达到0.22 mA·cm^-2·(mmol·L^-1)-1;在含有100 mmol/L HCHO的0.5 mol/L KOH溶液中的催化峰值电流密度达到25.0 mA/cm^2。

微纳器件技术在电催化前沿研究中的应用进展

电催化在能源转化与存储方面有着广阔的应用前景,并已成为当今世界的研究热点.对于大多数电催化体系而言,其催化性能的优化与提升,都需倚赖活性中心的合理构建以及催化机制的精确描述.为此,测试手段的不断丰富可以极大促进电催化的深入研究与应用.近年来,微纳(器件)加工技术的不断成熟和跨学科发展为电催化材料和过程的研究提供了更精细的全新平台.本文针对电催化研究的不同方向,从结构表征与精准测量、场效应调控和电输运关联动力学三个方面总结了近年来微纳器件技术在电催化领域中的研究进展.最后,本文展望了微纳器件技术在电催化领域所面临的挑战及应用前景.