微電極應用(yong)：用(yong)於電化學產生的氫(qing)氣(qi)原(yuan)位檢(jian)測的收(shou)集

本(ben)次(ci)分(fen)享(xiang)壹(yi)篇(pian)由(you)中(zhong)科(ke)院寧波(bo)材(cai)料(liao)所(suo)院(yuan)新(xin)能(neng)源(yuan)所(suo)研(yan)究(jiu)團隊在(zai)《Heliyon》上發(fa)表的壹(yi)篇(pian)學術論(lun)文(wen)A collector-generator cell for in-situ detection of electrochemically produced H₂。本(ben)研(yan)究(jiu)描述了(le)壹種用(yong)於原(yuan)位檢(jian)測電化學產生的氫(qing)氣(qi)的收(shou)集-發(fa)生(sheng)器(qi)（C-G）電池(chi)。該電池(chi)主要(yao)由(you)兩(liang)個塗(tu)有(you)鉑納(na)米(mi)粒子(zi)的氟(fu)摻雜錫氧化物（FTO）電極組成(cheng)，通(tong)過電催化氧(yang)化H2產生的電流大(da)小(xiao)用(yong)於定(ding)量分(fen)析(xi)在(zai)發生(sheng)器(qi)處(chu)產生的H₂。

研(yan)究(jiu)背景：化石(shi)燃料的過(guo)度(du)開采和利(li)用(yong)導(dao)致(zhi)全球能(neng)源(yuan)危(wei)機(ji)，因(yin)此(ci)，開發清(qing)潔(jie)、高(gao)效的可(ke)再(zai)生能(neng)源(yuan)變(bian)得(de)迫切。氫(qing)氣(qi)作為(wei)壹種替代能(neng)源(yuan)，在(zai)能(neng)源(yuan)存(cun)儲、工(gong)業(ye)和交通(tong)領(ling)域(yu)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)應用(yong)。

實(shi)驗(yan)方法：

• 制(zhi)備(bei)實(shi)驗(yan)裝(zhuang)置：通(tong)過熱分(fen)解還(hai)原(yuan)氯鉑(bo)酸在(zai)FTO玻(bo)璃(li)片上制(zhi)備(bei)Pt納(na)米(mi)粒子(zi)。

• 電化學實驗(yan)：使用(yong)C-G電池(chi)、Ag/AgCl參比(bi)電極和鉑(bo)絲(si)對(dui)電極，精確量化收(shou)集電極的氧(yang)化電流和(he)發(fa)生器(qi)的還(hai)原(yuan)電流。

• 數(shu)據分(fen)析(xi)：根(gen)據法拉(la)第定(ding)律估(gu)算(suan)在(zai)發生(sheng)器(qi)處(chu)產生的H₂或在(zai)收集器(qi)處(chu)氧化的H₂的摩(mo)爾(er)數(shu)。

實(shi)驗(yan)結(jie)果：

• C-G電池(chi)在(zai)設定的電位下，能(neng)夠穩定(ding)地(di)產生並檢(jian)測H₂，總(zong)的法拉(la)第效率約為(wei)70%。

• 使用(yong)氣(qi)相色(se)譜測量H₂的擴(kuo)散(san)損失(shi)，並校(xiao)準(zhun)收集效率。

• 通(tong)過Tafel圖(tu)分(fen)析(xi)了(le)C-G電池(chi)的動(dong)力(li)學。

結論(lun)：所描(miao)述的C-G電池(chi)設計提供(gong)了(le)壹種可靠(kao)和(he)可(ke)重復(fu)的H₂測(ce)定(ding)方法，具有(you)快速(su)檢(jian)測H₂的潛力(li)。

微電極在(zai)本(ben)文(wen)中(zhong)的應用(yong)：文(wen)章中(zhong)使用(yong)了H₂微電極來監測雙(shuang)工(gong)作(zuo)電極室(shi)中(zhong)H₂濃度(du)的變(bian)化。微電極用(yong)於評(ping)估C-G電池(chi)的檢(jian)測限和靈(ling)敏(min)度(du)。實(shi)驗(yan)中(zhong)，當(dang)發(fa)生(sheng)器(qi)電位設定在(zai)-0.6 V vs. Ag/AgCl時(shi)，H₂濃度(du)在(zai)5分(fen)鐘(zhong)內(nei)達到(dao)了(le)約313 μmol/L，隨後由於(yu)H₂從(cong)發(fa)生器(qi)擴(kuo)散(san)到(dao)溶(rong)液(ye)中(zhong)，濃度(du)急劇下降。當(dang)H₂濃度(du)穩定(ding)在(zai)約203 μmol/L時(shi)，設定收集器(qi)電位為(wei)0.5 V vs. Ag/AgCl，H₂濃度(du)的下降證明了(le)H₂被氧化為(wei)H⁺，並且在(zai)8分(fen)鐘(zhong)後保(bao)持在(zai)45 μmol/L。通(tong)過這(zhe)些(xie)數據，確定(ding)了(le)C-G電池(chi)的檢(jian)測限約為(wei)45 μmol/L，靈(ling)敏(min)度(du)約為(wei)1 mA/55 μmol L⁻¹。這(zhe)表明微電極是作(zuo)為(wei)檢(jian)測和量化C-G電池(chi)中(zhong)H₂濃度(du)變(bian)化的重(zhong)要(yao)工(gong)具。

智(zhi)感(gan)環(huan)境(jing)是(shi)國內(nei)為(wei)數較少(shao)能(neng)夠實現(xian)微電極系(xi)統(tong)開發和商(shang)業化推廣(guang)的公(gong)司(si)，並創(chuang)新(xin)性地(di)推出了微電極多(duo)通(tong)道分(fen)析(xi)系(xi)統(tong)，可以(yi)同步(bu)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)檢(jian)測pH、DO、Eh、H₂S等(deng)多(duo)種指標(biao)實現(xian)了我(wo)國(guo)在(zai)該技(ji)術(shu)領(ling)域(yu)的彎(wan)道超(chao)車。Easysensor微電極的設計特殊，它的穿(chuan)刺能(neng)力(li)可深(shen)入水體(ti)、生物膜、顆(ke)粒汙(wu)泥(ni)、植物的根(gen)莖(jing)葉(ye)以(yi)及(ji)液(ye)體(ti)與(yu)固(gu)體(ti)的擴(kuo)散(san)邊(bian)界層，為(wei)微生(sheng)態(tai)和微區(qu)研(yan)究(jiu)提供(gong)了(le)強(qiang)有(you)力(li)的工(gong)具。這(zhe)款(kuan)微電極的末端細(xi)至(zhi)微米(mi)級別，在(zai)不破(po)壞(huai)被測對(dui)象(xiang)結構(gou)和(he)生理(li)活(huo)性的前(qian)提下，快速(su)刺入樣(yang)品內(nei)部，實現(xian)對(dui)微環(huan)境(jing)的精確測(ce)量。