Альтернативный, низкий

Oct 27, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 9368 (2022) Цитировать эту статью

1555 Доступов

6 цитат

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Электрохимическую реакцию выделения водорода (HER) обычно изучают в трехэлектродной системе. В этой системе для обеспечения быстрой кинетики обычно используются несколько противоэлектродов, включая Pt, золото и стеклоуглерод. Однако широкое применение таких электродов вызвало сомнения в отношении вклада окислительно-восстановительных веществ, растворяющихся с таких электродов и переосаждающихся на поверхности рабочего электрода, в измеряемое перенапряжение. Следовательно, это часто путают с реальной электрохимической сигнатурой катализатора рабочего электрода, что приводит к обманчивому увеличению зарегистрированного перенапряжения. Эта проблема становится более важной, когда электролизные измерения включают стадию активации, что вызывает необходимость в альтернативных противоэлектродах, которые стабильны, особенно в кислой среде, которая обычно используется в качестве электролита в исследованиях HER. Здесь, хотя мы систематически раскрываем такие проблемы, демонстрируется альтернативный противоэлектрод, который преодолевает эти проблемы. В частности, подробно исследуется и обсуждается корреляция между площадью рабочего электрода и площадью противоэлектрода, скоростью растворения противоэлектрода и диапазоном потенциалов, используемых при активации/очистке поверхности при ускорении скорости растворения. Наконец, коммерческая Ti-сетка продемонстрирована как новый альтернативный противоэлектрод, который оказался очень стабильным и удобным для изучения HER в кислых средах.

За последние несколько десятилетий водород стал многообещающей альтернативой традиционному ископаемому топливу. В связи с этим электролиз является широко используемым процессом для производства водорода в больших количествах. В этой системе платина является наиболее широко используемым электрокатализатором полуреакции восстановления воды благодаря ее эффективной электропроводности, высокой механической прочности и превосходной каталитической активности1. Однако его использование в крупномасштабном производстве сильно ограничено из-за высокой стоимости. Поэтому существует растущая потребность в разработке электрокатализаторов реакции выделения водорода, которые обладают каталитической активностью, сравнимой с каталитической активностью Pt, но при этом являются недорогими. Например, в предыдущих исследованиях карбид молибдена вводился в сочетании с rGO, что выявило почти такую ​​же активность Pt/C2 в отношении реакции выделения водорода (HER). Кроме того, катализаторы на основе Ni-C показали эффективность, сравнимую с эффективностью Pt в HER3. Тем не менее, почти половина опубликованных исследований, связанных с HER, использовали Pt в качестве противоэлектрода без использования ионообменной мембраны4,5. Однако Pt нестабилен и подвергается химическому/электрохимическому растворению во время потенциального циклирования4,6,7. Затем растворенные ионы Pt переосаждаются на поверхности рабочего электрода, что приводит к обманчивому увеличению измеренного перенапряжения4,6,7. Более того, даже при использовании ионообменной мембраны (Нафион) все равно происходит растворение и осаждение Pt на рабочем электроде8. Эти опасения вызвали необходимость поиска альтернативных противоэлектродов. Следовательно, вместо этого использовались материалы на основе углерода, такие как стеклоуглерод или графитовый стержень. Однако вопрос все еще существует; эти электроды стабильны? а если нет, то есть ли выход?

Чтобы решить эту проблему, мы исследовали стабильность наиболее часто используемых противоэлектродов (Pt, Au и стеклоуглерод) во время ГЭР в кислых средах. Полностью рассмотрено и обсуждено влияние относительной площади рабочего электрода к противоэлектроду и диапазона потенциалов, используемых при активации/очистке поверхности, на скорость растворения противоэлектрода и ее корреляцию с регистрируемыми перенапряжениями. Наконец, мы демонстрируем потенциал коммерческой титановой сетки в качестве стабильного и функционального противоэлектрода для HER в кислых средах.