Jump to content

Электрохимические кварцевые микровесы

Схема электрохимических кварцевых микровесов

Электрохимические кварцевые микровесы ( EQCM ) представляют собой комбинацию электрохимии и кварцевых микровесов , которая была создана в восьмидесятых годах. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Обычно устройство EQCM содержит часть электрохимических ячеек и часть QCM. [ 4 ] Два электрода по обе стороны кристалла кварца служат двум целям. [ 4 ] Во-первых, между двумя электродами создается переменное электрическое поле для создания генератора. [ 4 ] Во-вторых, электрод, контактирующий с электролитом, используется в качестве рабочего электрода (РЭ) вместе с противоэлектродом (КЭ) и электродом сравнения (РЕ) в потенциостатической цепи, составляющей электрохимическую ячейку. [ 4 ] Таким образом, рабочим электродом электрохимической ячейки является датчик ККМ. [ 2 ]

EQCM подходит для измерения in-situ с высокой чувствительностью к массе и подходит для мониторинга динамического отклика реакций на границе раздела электрод-раствор при приложенном потенциале. [ 5 ] При изменении потенциала металлического электрода КХМ отслеживают отрицательное или положительное изменение массы в зависимости от соотношения принятия анионов на поверхности электрода и растворения ионов металла в раствор. [ 5 ]

Калибровка EQCM

[ редактировать ]

Коэффициент чувствительности EQCM K можно рассчитать путем объединения измеренной плотности заряда электрохимической ячейки и измеренного сдвига частоты QCM. [ 6 ] Коэффициент чувствительности действителен только в том случае, если изменение массы на электроде однородно. [ 6 ] В противном случае K принимается как средний коэффициент чувствительности EQCM. [ 6 ]

[ 6 ]

где – измеренный сдвиг частоты (Гц), S активная площадь кристалла кварца (см 2 ), ρ – плотность кристалла кварца, кварца и модуль сдвига кристалла — основная частота кристалла кварца . K — коэффициент внутренней чувствительности EQCM. [ 6 ]

В определенном растворе электролита металлическая пленка осаждается на рабочем электроде, который представляет собой поверхность датчика QCM QCM. [ 6 ]

[ 6 ]

Плотность заряда ( ) участвует в электровосстановлении ионов металлов при постоянном токе , в течение определенного периода времени ( ). [ 6 ]

Плотность активной площади рассчитывается по формуле

[ 6 ]

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

Экспериментальная чувствительность EQCM рассчитывается путем причесывания и . [ 6 ]

[ 6 ]

Приложение EQCM

[ редактировать ]

Применение EQCM в электросинтезе

[ редактировать ]

EQCM можно использовать для мониторинга химической реакции, происходящей на электроде, что обеспечивает оптимизированные условия реакции путем сравнения факторов влияния в процессе синтеза. [ 7 ] В некоторых предыдущих работах уже исследовались процесс полимеризации и свойства переноса заряда. [ 8 ] рост полимерной пленки на поверхности золотого электрода, [ 9 ] и процесс полимеризации [ 10 ] полипиррола . и его производных использовался для изучения процесса электрополимеризации, а также свойств легирования/делегирования полианилиновой пленки на поверхности золотого электрода. EQCM также [ 11 ] Чтобы исследовать процесс электросинтеза , иногда необходимо комбинировать другие технологии определения характеристик, например, 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 алкилкарбоната/соли лития на поверхностях электродов из драгоценных металлов. [ 13 ]

Применение EQCM при электроосаждении и растворении

[ редактировать ]

EQCM широко используется для изучения процессов осаждения/растворения на поверхности электрода, таких как колебания электродного потенциала во время Cu/CuO 2 , электроосаждения слоистых наноструктур [ 14 ] кобальта и никеля процесс роста осаждения гексацианоферратов в растворе электролита нитрата кальция и нитрата бария, [ 15 ] и электрохимическое поведение магниевого электрода в растворах различных полярных апротонных электролитов. [ 16 ] EQCM можно использовать как мощный инструмент для исследования коррозии и защиты от коррозии, который обычно сочетается с другими технологиями определения характеристик. [ 5 ] В предыдущей работе с использованием EQCM и XPS изучались изменения массы электродов из сплава Fe-17Cr-33Mo/Fe-25Cr во время экспериментов по развертке потенциала и ступенчатому потенциалу в области пассивного потенциала в кислом и основном электролите. [ 17 ] В другой предыдущей работе EQCM и SEM использовались для изучения влияния пурина (PU) на коррозию медных электродов и самопроизвольное растворение в растворе электролита NaCl. [ 18 ]

Применение EQCM в адсорбции и десорбции

[ редактировать ]

EQCM использовался для изучения самоорганизующихся монослоев длинноцепочечного алкилмеркаптана. [ 19 ] и алкантиол и меркаптоалкановая кислота [ 20 ] на поверхности золотого электрода.

Применение EQCM в электроде, модифицированном полимером

[ редактировать ]

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

Применение EQCM в преобразовании и хранении энергии

[ редактировать ]

EQCM может использоваться для изучения процесса адсорбции и окисления молекул топлива на поверхности электрода, а также влияния электродного катализатора или других добавок на электрод, например, для оценки внутренней нагрузки полипиррола Pt в топливном элементе из композитов полипиррол/платина, [ 24 ] процесс анодирования топливных элементов метанола, [ 25 ] и электроосаждение суспендированных наночастиц оксида церия, легированных оксидом гадолиния, под действием ультразвука для Co/CeO 2 и Ni/CeO 2 . композитных топливных элементов [ 26 ] EQCM также можно использовать для изучения характеристик хранения энергии и факторов, влияющих на суперконденсаторы. [ 27 ] и электрохимические конденсаторы. Например, EQCM используется для исследования датчика движения ионов проводящего полимера конденсатора на катоде. [ 28 ] В некоторых работах изучалось применение EQCM в солнечной энергетике, которая в основном связана с аддитивными и тонкопленочными материалами, например, с использованием EQCM для изучения процесса электрохимического осаждения и стабильности катализатора выделения кислорода Co-Pi для хранения солнечной энергии. [ 29 ]

  1. ^ Шумахер Р.; Борхес, Г.; Канадзава, КК (ноябрь 1985 г.). «Кварцевые микровесы: чувствительный инструмент для исследования реконструкций поверхности золотых электродов в жидкости». Письма о поверхностной науке . 163 (1): Л621–Л626. Бибкод : 1985SurSL.163L.621S . дои : 10.1016/0167-2584(85)90839-4 . ISSN   0167-2584 .
  2. ^ Jump up to: а б Брукенштейн, Стэнли; Шэй, Майкл (июнь 1985 г.). «Исследование in situ механизма образования монослоя адсорбированного кислорода на золотом электроде». Журнал электроаналитической химии и межфазной электрохимии . 188 (1–2): 131–136. дои : 10.1016/s0022-0728(85)80057-7 . ISSN   0022-0728 .
  3. ^ Канадзава, К. Кейджи; Гордон, Джозеф Г. (июль 1985 г.). «Частота кварцевых микровесов при контакте с жидкостью». Аналитическая химия . 57 (8): 1770–1771. дои : 10.1021/ac00285a062 . ISSN   0003-2700 .
  4. ^ Jump up to: а б с д Стрейнц, Кристофер К. (1995). «Влияние тока и концентрации нитрата никеля на осаждение пленок гидроксида никеля» . Журнал Электрохимического общества . 142 (4): 1084–1089. Бибкод : 1995JElS..142.1084S . дои : 10.1149/1.2044134 . ISSN   0013-4651 . S2CID   52106125 .
  5. ^ Jump up to: а б с Шмутц, П.; Ландольт, Д. (декабрь 1999 г.). «Электрохимическое микробалансовое исследование кристалла кварца переходного процесса пассивного сплава Fe – 25Cr». Электрохимика Акта . 45 (6): 899–911. дои : 10.1016/s0013-4686(99)00293-5 . ISSN   0013-4686 .
  6. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л Габриэлли, К. (1991). «Калибровка электрохимических кварцевых микровесов». Журнал Электрохимического общества . 138 (9): 2657–2660. Бибкод : 1991JElS..138.2657G . дои : 10.1149/1.2086033 . ISSN   0013-4651 .
  7. ^ Jump up to: а б Ян, Сяо (ноябрь 2018 г.). «Применение электрохимических кварцевых микровесов» . Прогресс 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/поли(стиролсульфонат)». Журнал физической химии . 95 (11): 4446–4452. дои : 10.1021/j100164a053 . ISSN   0022-3654 .
  9. ^ Чунг, Сун-Ми; Пайк, Вун Ки; Йео, Ин Хён (январь 1997 г.). «Исследование первоначального роста полипиррола на золотом электроде с помощью электрохимических микровесов кристалла кварца». Синтетические металлы . 84 (1–3): 155–156. дои : 10.1016/s0379-6779(97)80690-x . ISSN   0379-6779 .
  10. ^ Бозе, CSC; Басак, С.; Раджешвар, К. (ноябрь 1992 г.). «Электрохимия пленок полипирролхлорида: исследование эффективности полимеризации, транспорта ионов во время окислительно-восстановительного процесса и определения уровня допирования методами электрохимической микрогравиметрии кристалла кварца, измерения pH и ионоселективных электродов». Журнал физической химии . 96 (24): 9899–9906. дои : 10.1021/j100203a059 . ISSN   0022-3654 .
  11. ^ Баба, Акира; Тянь, Шэнцзюнь; Стефани, Фернандо; Ся, Чуаньцзюнь; Ван, Чжэхуэй; Адвинкула, Ригоберто С; Йоханнсманн, Дитхельм; Нолл, Вольфганг (январь 2004 г.). «Электрополимеризация и легирующие/делегирующие свойства тонких пленок полианилина, изученные методами электрохимической поверхностной плазмонной спектроскопии и микровесами кристалла кварца». Журнал электроаналитической химии . 562 (1): 95–103. doi : 10.1016/j.jelechem.2003.08.012 . ISSN   1572-6657 .
  12. ^ Кварнстрем, К.; Нойгебауэр, Х.; Бломквист, С.; Ахонен, HJ; Канкаре, Дж.; Иваска, А. (апрель 1999 г.). «Спектроэлектрохимическая характеристика поли(3,4-этилендиокситиофена) in situ». Электрохимика Акта . 44 (16): 2739–2750. дои : 10.1016/s0013-4686(98)00405-8 . ISSN   0013-4686 .
  13. ^ Аурбах, Д.; Мошкович, М.; Коэн, Ю.; Шехтер, А. (апрель 1999 г.). «Исследование образования поверхностной пленки на электродах из благородных металлов в растворах алкилкарбонатов/солей лития с использованием одновременного использования in situ AFM, EQCM, FTIR и EIS». Ленгмюр . 15 (8): 2947–2960. дои : 10.1021/la981275j . ISSN   0743-7463 .
  14. ^ Боханнан, Эрик В.; Хуан, Лин-Юанг; Миллер, Ф. Скотт; Шумский, Марк Г.; Свитцер, Джей А. (февраль 1999 г.). «Электрохимическое микробалансовое исследование кристаллов кварца in situ потенциальных колебаний во время электроосаждения слоистых наноструктур Cu/Cu2O». Ленгмюр . 15 (3): 813–818. дои : 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. дои : 10.1016/s0022-0728(02)00677-0 . ISSN   1572-6657 .
  16. ^ Лу, З.; Шехтер, А.; Мошкович, М.; Аурбах, Д. (май 1999 г.). «Об электрохимическом поведении магниевых электродов в растворах полярных апротонных электролитов». Журнал электроаналитической химии . 466 (2): 203–217. дои : 10.1016/s0022-0728(99)00146-1 . ISSN   1572-6657 .
  17. ^ Шмутц, П; Ландольт, Д. (ноябрь 1999 г.). «Микрогравиметрические исследования пассивных сплавов на месте: потенциальная развертка и потенциальные ступенчатые эксперименты с Fe–25Cr и Fe–17Cr–33Mo в кислотном и щелочном растворе». Коррозионная наука . 41 (11): 2143–2163. Бибкод : 1999Corro..41.2143S . дои : 10.1016/s0010-938x(99)00038-4 . ISSN   0010-938X .
  18. ^ Сцендо, М. (февраль 2007 г.). «Влияние пурина на коррозию меди в хлоридных растворах». Коррозионная наука . 49 (2): 373–390. Бибкод : 2007Corro..49..373S . дои : 10.1016/j.corsci.2006.06.022 . ISSN   0010-938X .
  19. ^ Шнайдер, Томас В.; Баттри, Дэниел А. (декабрь 1993 г.). «Электрохимические микробалансовые исследования кристаллов кварца адсорбции и десорбции самоорганизующихся монослоев алкилтиолов на золоте». Журнал Американского химического общества . 115 (26): 12391–12397. дои : 10.1021/ja00079a021 . ISSN   0002-7863 .
  20. ^ Кавагути, Тошиказу; Ясуда, Хироаки; Симадзу, Кацуаки; Портер, Марк Д. (декабрь 2000 г.). «Электрохимическое кварцево-микробалансное исследование восстановительной десорбции самоорганизующихся монослоев алкантиолов и меркаптоалкановых кислот на Au». Ленгмюр . 16 (25): 9830–9840. дои : 10.1021/la000756b . ISSN   0743-7463 .
  21. ^ Зотти, Г.; Скьявон, Г.; Зекчин, С. (июнь 1995 г.). «Необратимые процессы электрохимического восстановления политиофенов. Химические модификации полимера и явления захвата заряда». Синтетические металлы . 72 (3): 275–281. дои : 10.1016/0379-6779(95)03280-0 . ISSN   0379-6779 .
  22. ^ Наой, Кацухико (1995). «Электрохимия полипирроловой пленки (I), легированной поверхностно-активными веществами: формирование столбчатой ​​структуры путем электрополимеризации». Журнал Электрохимического общества . 142 (2): 417–422. Бибкод : 1995JElS..142..417N . дои : 10.1149/1.2044042 . ISSN   0013-4651 .
  23. ^ Зотти, Джанни; Зеккин, Сандро; Скьявон, Жилберто; Грёнендал, Л. «Берт» (октябрь 2000 г.). «Проводящие и магнитные свойства 3,4-диметокси- и 3,4-этилендиокси-полипиррола и политиофена». Химия материалов . 12 (10): 2996–3005. дои : 10.1021/cm000400l . ISSN   0897-4756 .
  24. ^ Шмидт, В.М.; Стимминг, У. (1996), «Системы топливных элементов для транспортных средств», Новые многообещающие электрохимические системы для перезаряжаемых батарей , Дордрехт: Springer Нидерланды, стр. 233–246, doi : 10.1007/978-94-009-1643-2_17 , ISBN  978-94-010-7235-9
  25. ^ ВУ, К; ЧЖЭНЬ, С; ЧЖОУ, З; СОЛНЦЕ, С (февраль 2008 г.). «Электрохимическое поведение необратимо адсорбированного сурьмы на золотом электроде». Acta Physico-Chimica Sinica . 24 (2): 201–204. дои : 10.1016/s1872-1508(08)60010-8 . ISSN   1872-1508 .
  26. ^ Аргирусис, Хр.; Матич, С.; Шнайдер, О. (октябрь 2008 г.). «Исследование EQCM электроосаждения композитов Co/CeO2 и Ni/CeO2 с помощью ультразвука для применения в топливных элементах». Физический статус Солиди А. 205 (10): 2400–2404. Бибкод : 2008PSSAR.205.2400A . дои : 10.1002/pssa.200779409 . ISSN   1862-6300 . S2CID   123082512 .
  27. ^ Леви, Михаил Д.; Салитра, Григорий; Леви, Наоми; Аурбах, Дорон; Майер, Иоахим (18 октября 2009 г.). «Применение кварцевых микровесов для измерения ионных потоков в микропористом угле для хранения энергии». Природные материалы . 8 (11): 872–875. Бибкод : 2009NatMa...8..872L . дои : 10.1038/nmat2559 . ISSN   1476-1122 . ПМИД   19838184 .
  28. ^ Фаррингтон, GC (1 июля 1991 г.). «Полимерные электролиты для литиевых батарей комнатной температуры» . дои : 10.2172/5176162 . S2CID   94438069 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  29. ^ Иршад, Ахамед; Мюнхенандраиа, Нукала (11 апреля 2013 г.). «Исследование EQCM электрохимического осаждения и стабильности Co-Pi катализатора выделения кислорода для хранения солнечной энергии». Журнал физической химии C. 117 (16): 8001–8008. дои : 10.1021/jp312752q . ISSN   1932-7447 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 26f519e6cd10daa3ec8850da10a7975d__1708740120
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/26/5d/26f519e6cd10daa3ec8850da10a7975d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Electrochemical quartz crystal microbalance - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)