石墨棒是一種流行的對電極(CE)材料，由于其價格合理，易于使用，相對穩定的化學和電化學性能。由于Pt的溶解，作為陽極(例如，作為析氫反應(HER)催化劑評價的CE)，它通常比Pt CE更受青睞(67% vs 29%)，(4,5)但也出現了幾個問題。主要的問題是碳腐蝕，這會導致石墨顆粒脫落和CO/CO2的產生(圖1)。這些副產品會損害電催化劑評估的準確性和可靠性。Lee et al.和Ji et al.證明了碳纖維紙和石墨在酸性條件下容易氧化，并且可以通過CO中毒使Pt電極失活。正如Sheng等人在酸性條件下將石墨CE置于玻璃管中所證明的那樣，將CE與工作電極(WE)分離可以最大限度地減少副產物的擴散。(9)這些建議為石墨CE的適用性提供了一個一般性的判斷。然而，CE的行為在很大程度上取決于電解質(酸性或堿性)、電化學方法(如極化、穩態)和電化學參數(如掃描速率、掃描范圍和CE面積)等因素。因此，有必要對石墨CE的適用性進行綜合分析和指導。本觀點旨在通過提供石墨CE的基本分析以及最佳實踐建議來提供此類指導。
圖 1. 三電極電池中的電位/電流關系以及CE擴散到WE可能產生的干擾。? WE: WE 電位;CE: CE電位;?REF:參比電極電位;EWE:電壓;ECE: CE電壓;ECELL:電池電壓;i、iCELL、iWE和iCE:電路、電池、WE和CE中相同的電流;QWE, QCE:在WE和CE處的電荷輸入/輸出。
圖 2. (A)在HER極化研究期間，?WE, Q, i和?CE的變化:當?WE超過HER的起始電位時，Q(和i)上升，需要增加?CE來產生匹配的Q和i，包括OER。(B)兩種情況下WE和CE之間的電位下降(從WE的EDL，散裝電解質，到CE的EDL):頂部，上升i(藍色:低電流;紅色:大電流);底部，活性較低的CE(藍色:活性高;紅色:低活動)。Ru: WE與REF之間的溶液阻力;EDL:電雙層。
圖3. (A)石墨電極在飽和ar的0.5 M H2SO4(橙色)和1.0 M KOH(藍色)電解質中的循環伏安圖(掃描速率:10 mV s-1)。(B)相應的電荷圖。(C) O2、CO和CO2的dem信號與電位的函數關系。(D)石墨電極陽極極化過程示意圖。
圖 4. (A, B)在(A)飽和h2的0.5 M H2SO4和(B)飽和h2的1.0 M KOH電解質(掃描速率:10 mV s-1;EWE范圍:0 ~−0.20 V)。(C)在H2SO4(藍色)和KOH(紅色)電解質中，EWE =−0.20 V時，每個循環的i與ECE之間的相關性，涉及IEM(方形)和不涉及IEM(圓形)。
圖 5. (A)在飽和H2SO4(藍色)和KOH(紅色)電解液中，不同EWE范圍:0.1 V(0 ~−0.10 V)、0.2 V(0 ~−0.20 V)、0.3 V(0 ~−0.30 V)下，每個循環的最大i與ECE之間的相關性。(B)在EWE =−0.2 V下，不同WE/CE比:1:5和1:2時，每個循環的i與ECE之間的相關性(電池結構:Pt|IEM|C;掃描速率:10mv s-1)。
圖 6. (A) WE/CE比率對RWE-CE的影響:較小的CE導致較大的RWE-CE和較低的i余量。(B)不同WE/CE比堿性電解質10h-CA分析時的電流分布圖(電池配置:Pt|IEM|C;Ewe =−0.20 v)。
相關科研成果由廣東以色列理工學院Weiran Zheng等人于2024年發表在ACS Energy Letters（https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c01869）上。原文：Applicability of Graphite as Anodic Counter Electrode for Electrocatalyst Evaluation
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c01869
轉自《石墨烯研究》公眾號
