如何更準(zhǔn)確的測試電化學(xué)活性面積(ECSA)
ECSA 是指什么？
Electrochemical Active Surface Area （ECSA）是指電化學(xué)活性面積，即參與電化學(xué)反應(yīng)的有效面積。電活性面積對于(ECSA)歸一化電流，計算電化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)至關(guān)重要！比如，在腐蝕研究中，當(dāng)ECSA可以歸一化時，腐蝕研究的速率變得非常有意義。在能源研究中，如氫析出反應(yīng)(HRE)，氫氧化反應(yīng)(HOR), 氧析出反應(yīng) (OER)和氧還原反應(yīng) (ORR)等被廣泛的進(jìn)行研究。對于這些催化反應(yīng)研究中，ECSA的精確測量對于催化活性的研究尤為重要，因為這樣真實的反應(yīng)動力學(xué)才能夠被確定。但準(zhǔn)確測量這些電極材料的ECSA非常有挑戰(zhàn)。因為會涉及到電極、催化劑形狀，電解液反應(yīng)，表面吸附，非法拉第反應(yīng)過程等諸多因素。
ECSA用什么方法來測？
大多數(shù)值得信賴的ECSA測試方法，都基于溶液中電極表面特定吸附的離子或者氣體(如溶液中Pt表面，吸附的一氧化碳或者氫氣)此外，欠電位沉積(UPD)也被用于測試電極表面面積。施加電壓改變電極的氧化態(tài)也可以用于測量ECSA。但是，這些方法都有一定的選擇性，僅適用于特定材料。常用方法為比表面積測試法(BET), 即在接近真空條件下的氣體吸附量。但是，對于這個方法，需要樣品的比表面積在幾個平方米每克量級，才可以達(dá)到一定信號強度。因此，BET適合于非常細(xì)小的粉末不適用于面積較小的電極。
目前來說，雙電容層測量法(DLC) ，被公認(rèn)為比較合理的，可用于測試ECSA的方法。然而，BET與DLC測試的結(jié)果，會有幾個數(shù)量級的差異。
ECSA如何準(zhǔn)確測量?
目前來說，CV和EIS是測試DLC計算ECSA最可靠的方式。請注意CV是指linear scan CV哦，非一般的staircase CV 。更多關(guān)于Linear scan CV 和Staircse CV的說明請參考下列信息。
linear Scan CV vs Staircase CV
CV計算ECSA
EIS 計算ECSA
CV與EIS結(jié)果對比
參考資料
Adv. Energy Mater. 2020, 2000652
Electrochemical Impedance Spectroscopy and Cyclic Voltammetry to Determine Double Layer Capacitances and Electrochemically Active Surface Areas, Doi:10.1149/http://osf.io/gyexd
https://mediatum.ub.tum.de/doc/1535142/1535142.pdf
