电催化ORR的全测试总结
ORR的全测试总结
Nafion溶液为1ml稀释成50ml，溶剂乙醇，异丙醇，DMF等与催化剂材料有关催化剂墨水浓度一般为5mg ml，负载量不要超过400ug cm作为参照的贵金属催化剂负载量小于这个值，自行掌握，以一半居多电解液0.1M的KOH，分别测试N2充满的CV，O2充满的CV和LSV。
N2 CV活化，活化圈数自己实验掌握，扫速为100mV，电压窗口略小于或等于CV测试窗口。
N2 CV测试，电压窗口与参比电极有关，一般要换算成标准氢电极RHE，换算公式依据能斯特方程：E(RHE) = E(SCE) + 0.0591pH + 0.24 对于0.1M KOH是E(SCE)+1.0083E(RHE) = E(NHE) + 0.0591pHE(NHE) = E(Ag/AgCl) + 0.197，也有+ 0.21的，这里有疑问饱和甘汞电极SCE，一般氢电极NHE对于SCE的CV测试参数一般画图的时候画到-0.8，转换到RHE的时候范围是0.2到1.2，因为氧气还原和氧化的平衡电位为1.23V，ORR的过电位就是比这个值的部分小的部分，过电位越小，能量转换效率越高因此对于ORR就是电位，无论起始还是半波都是越正越好O2 CV测试，参数跟N2一样O2 LSV测试参数测试从0.2扫到-1因为电极上发生的是氧还原反应，电位从正到负是还原过程稳定性测试有两种，一种是测i-t曲线，电位选择发生极限扩散后的电位，对于SCE一般-0.3或者-0.4，时间一般要数万秒，另一种是循环几千圈CV后测LSV转移电子数的测定也有两种方法一种是利用K-L方程，这里引申一下解析K-L方程首先是Levich方程即L方程i是极限扩散电流，注意这个不是实际测得的极限扩散部分电流，A是电极几何面积，D为扩散系数，v为粘度系数，C为浓度，w为角速度，n为转移电子数这里有时直接用电流密度j，那么方程中就去除面积A另外这里的系数0.62，对应角速度w，单位为rad/s，而有时系数为0.2，对应转数N，单位为r/min，换算公式w=2pai*N或者w=pai*N/30，跟单位有关但是实际测试情况为Koutecky-Levich方程，即K-L方程这里的ik为无任何传质作用时的电流，也就是动力学控制电流，实际测试极限扩散部分的电流是这个电流和理论极限扩散电流共同组成的因此求算转移电子数是极限扩散电流的倒数对角速度平方根倒数作图，得到的斜率除去常数，剩下的就是n了另外这个ik动力学控制电流也是评估材料活性的标准之一，相对测试的极限扩散电流，这个电流更为权威，具体方法也是根据K-L方程得到这里J是当前电压的测试电流密度，Jd为极限扩散电流密度，注意这里不是很清楚，不知道是用的测定的值还是通过转移电子数计算得到的值。
ORR电子转移数测量
旋转环盘电极
电子转移数测量
盘电流
Id为盘电流 Ir为环电流 Nc为RRDE收集效率
环电流
理论收集效率
根据电极的几何尺寸计算理论 收集效率:
实测收集效率
采用实测收集效率进行计算！
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ECAT-Complete
iR补偿
Ru测量方法：
电流中断
正反馈
EISOnset Potetial？KL方程计算n的问题
催化剂负载量越大，则改变电极几何 参数越明显，越偏离线性。
ACS Catal., 2016, 6 (7), pp 4720–4728 DOI: 10.1021/acscatal.6b01581
ORR电子 转移数测量
报告人：雷涛
2017年9月
武汉
燃料电池工作原理
Fuel Cell工作原理
ORR氧还原反应
电子转移数n
From N.M Markovic et al. Fuel Cells, 2001, 1, No. 2, p. 105
电子转移数n测试的三种方法
RDE
旋转圆盘电极
RRDE
旋转环盘电极
电子转移数n测量
SECM
扫描电化学显微镜
Why？
圆盘电极
Fe2+/Fe3+
旋转的圆盘 电极
旋转圆盘电极工作原理
KL方程
1/J = 1/JL + 1/JK =1/Bω1/2 + 1/JK where B = 0.62nFC0 (D0)2/3ʋ−1/6
F = 96,485 C mol−1) C0= 1.2 × 10−6mol cm−1) ʋ = 0.01 cm2s−1 D0 is the diffusion coefficient of O2 in 0.1 M KOH (1.9 × 10−5cm2s−1).
ORR的全测试总结
Nafion溶液为1ml稀释成50ml，溶剂乙醇，异丙醇，DMF等与催化剂材料有关催化剂墨水浓度一般为5mg ml，负载量不要超过400ug cm作为参照的贵金属催化剂负载量小于这个值，自行掌握，以一半居多电解液0.1M的KOH，分别测试N2充满的CV，O2充满的CV和LSV。
N2 CV活化，活化圈数自己实验掌握，扫速为100mV，电压窗口略小于或等于CV测试窗口。
N2 CV测试，电压窗口与参比电极有关，一般要换算成标准氢电极RHE，换算公式依据能斯特方程：E(RHE) = E(SCE) + 0.0591pH + 0.24 对于0.1M KOH是E(SCE)+1.0083E(RHE) = E(NHE) + 0.0591pHE(NHE) = E(Ag/AgCl) + 0.197，也有+ 0.21的，这里有疑问饱和甘汞电极SCE，一般氢电极NHE对于SCE的CV测试参数一般画图的时候画到-0.8，转换到RHE的时候范围是0.2到1.2，因为氧气还原和氧化的平衡电位为1.23V，ORR的过电位就是比这个值的部分小的部分，过电位越小，能量转换效率越高因此对于ORR就是电位，无论起始还是半波都是越正越好O2 CV测试，参数跟N2一样O2 LSV测试参数测试从0.2扫到-1因为电极上发生的是氧还原反应，电位从正到负是还原过程稳定性测试有两种，一种是测i-t曲线，电位选择发生极限扩散后的电位，对于SCE一般-0.3或者-0.4，时间一般要数万秒，另一种是循环几千圈CV后测LSV转移电子数的测定也有两种方法一种是利用K-L方程，这里引申一下解析K-L方程首先是Levich方程即L方程i是极限扩散电流，注意这个不是实际测得的极限扩散部分电流，A是电极几何面积，D为扩散系数，v为粘度系数，C为浓度，w为角速度，n为转移电子数这里有时直接用电流密度j，那么方程中就去除面积A另外这里的系数0.62，对应角速度w，单位为rad/s，而有时系数为0.2，对应转数N，单位为r/min，换算公式w=2pai*N或者w=pai*N/30，跟单位有关但是实际测试情况为Koutecky-Levich方程，即K-L方程这里的ik为无任何传质作用时的电流，也就是动力学控制电流，实际测试极限扩散部分的电流是这个电流和理论极限扩散电流共同组成的因此求算转移电子数是极限扩散电流的倒数对角速度平方根倒数作图，得到的斜率除去常数，剩下的就是n了另外这个ik动力学控制电流也是评估材料活性的标准之一，相对测试的极限扩散电流，这个电流更为权威，具体方法也是根据K-L方程得到这里J是当前电压的测试电流密度，Jd为极限扩散电流密度，注意这里不是很清楚，不知道是用的测定的值还是通过转移电子数计算得到的值。
ORR的全测试总结
Nafion溶液为1ml稀释成50ml，溶剂乙醇，异丙醇，DMF等与催化剂材料有关催化剂墨水浓度一般为5mg ml，负载量不要超过400ug cm作为参照的贵金属催化剂负载量小于这个值，自行掌握，以一半居多电解液0.1M的KOH，分别测试N2充满的CV，O2充满的CV和LSV。
N2 CV活化，活化圈数自己实验掌握，扫速为100mV，电压窗口略小于或等于CV测试窗口。
N2 CV测试，电压窗口与参比电极有关，一般要换算成标准氢电极RHE，换算公式依据能斯特方程：E(RHE) = E(SCE) + 0.0591pH + 0.24 对于0.1M KOH是E(SCE)+1.0083E(RHE) = E(NHE) + 0.0591pHE(NHE) = E(Ag/AgCl) + 0.197，也有+ 0.21的，这里有疑问饱和甘汞电极SCE，一般氢电极NHE对于SCE的CV测试参数一般画图的时候画到-0.8，转换到RHE的时候范围是0.2到1.2，因为氧气还原和氧化的平衡电位为1.23V，ORR的过电位就是比这个值的部分小的部分，过电位越小，能量转换效率越高因此对于ORR就是电位，无论起始还是半波都是越正越好O2 CV测试，参数跟N2一样O2 LSV测试参数测试从0.2扫到-1因为电极上发生的是氧还原反应，电位从正到负是还原过程稳定性测试有两种，一种是测i-t曲线，电位选择发生极限扩散后的电位，对于SCE 一般-0.3或者-0.4，时间一般要数万秒，另一种是循环几千圈CV后测LSV转移电子数的测定也有两种方法一种是利用K-L方程，这里引申一下解析K-L方程首先是Levich方程即L方程i是极限扩散电流，注意这个不是实际测得的极限扩散部分电流，A是电极几何面积，D为扩散系数，v为粘度系数，C为浓度，w为角速度，n为转移电子数这里有时直接用电流密度j，那么方程中就去除面积A另外这里的系数0.62，对应角速度w，单位为rad/s，而有时系数为0.2，对应转数N，单位为r/min，换算公式w=2pai*N或者w=pai*N/30，跟单位有关但是实际测试情况为Koutecky-Levich方程，即K-L方程这里的ik为无任何传质作用时的电流，也就是动力学控制电流，实际测试极限扩散部分的电流是这个电流和理论极限扩散电流共同组成的因此求算转移电子数是极限扩散电流的倒数对角速度平方根倒数作图，得到的斜率除去常数，剩下的就是n了另外这个ik动力学控制电流也是评估材料活性的标准之一，相对测试的极限扩散电流，这个电流更为权威，具体方法也是根据K-L方程得到这里J是当前电压的测试电流密度，Jd为极限扩散电流密度，注意这里不是很清楚，不知道是用的测定的值还是通过转移电子数计算得到的值。
orr-和oer-催化机理
orr 和oer 催化机理Orr 和 Oer 催化机理Orr 和 Oer 是两种不同的电化学催化反应机理，其中 Orr 是指氧还原反应，而 Oer 是指氧发生漏电反应。
这两种反应机理的发现对于今天的能源转换和存储技术具有非常重要的意义。
在本文中，我们将讨论Orr 和 Oer 催化机理以及它们在先进能源材料中的应用。
Orr 催化机理Orr 催化机理是指将氧分子分解为氧离子和电子的过程，这个过程在燃料电池和金属空气电池等设备上运用得非常广泛。
Orr 催化机理的反应式为：O2 + 4 H+ + 4 e- ↔ 2 H2O在这个催化反应中，氧分子在催化剂的作用下被分解成氧离子和电子。
在正极上，氧离子被电子还原为水。
在负极上，电子与氢离子结合成水。
Orr 催化机制的关键是催化剂，它能够降低反应的活化能。
目前，许多催化剂被用于 Orr 催化反应中，常见的催化剂有碳基催化剂、金属催化剂和氧化物催化剂等。
这些催化剂能够提高反应速率和产率，并且缓解了金属空气电池中氧气析出的问题。
Oer 催化机理Oer 催化机理与 Orr 反应相反，是指将电子和氧离子转化为氧分子并释放出电子的过程。
在锂离子电池、水分解器和PEM燃料电池等设备中，Oer 催化剂发挥着至关重要的作用。
反应式为：2 H2O → O2 + 4 H+ + 4 e-在 Oer 催化机理中，氧化剂是由氧分子形成的。
Oer 反应的关键是如何在催化剂的帮助下进行该反应。
常见的催化剂有各种金属催化剂或编配物，例如铂、钌和二氧化锆等，这些催化剂可以提高反应速率和产率，并且是现代化燃料电池和电解水技术中的关键组件。
应用目前， Orr 和 Oer 催化机理已经在许多领域得到应用。
在燃料电池和金属空气电池中，基于氧气还原反应的催化剂已经成为了关键组件，能够有效地促进电化学反应，并为绿色能源的发展提供了巨大的潜力。
此外，Oer 催化机理还被广泛应用于水分解器和锂离子电池中。
在此类设备中，催化剂在反应中扮演了重要角色，能够实现高效地水解或存储氧气，同时保证设备的高效、稳定性和可靠性。
氧还原ORR的全测试总结
Nafion溶液为1ml稀释成50ml，溶剂乙醇，异丙醇，DMF等与催化剂材料有关催化剂墨水浓度一般为5mg/ml，负载量不要超过400ug/cm2作为参照的贵金属催化剂负载量小于这个值，自行掌握，以一半居多电解液0.1M的KOH，分别测试N2充满的CV，O2充满的CV和LSV。
N2 CV活化，活化圈数自己实验掌握，扫速为100mV，电压窗口略小于或等于CV测试窗口。
N2 CV测试，电压窗口与参比电极有关，一般要换算成标准氢电极RHE，换算公式依据能斯特方程：E(RHE) = E(SCE) + 0.0591pH + 0.24 对于0.1M KOH是E(SCE)+1.0083E(RHE) = E(NHE) + 0.0591pHE(NHE) = E(Ag/AgCl) + 0.197，也有+ 0.21的，这里有疑问饱和甘汞电极SCE，一般氢电极NHE对于SCE的CV测试参数一般画图的时候画到-0.8，转换到RHE的时候范围是0.2到1.2，因为氧气还原和氧化的平衡电位为1.23V，ORR的过电位就是比这个值的部分小的部分，过电位越小，能量转换效率越高因此对于ORR就是电位，无论起始还是半波都是越正越好O2 CV测试，参数跟N2一样O2 LSV测试参数测试从0.2扫到-1因为电极上发生的是氧还原反应，电位从正到负是还原过程稳定性测试有两种，一种是测i-t曲线，电位选择发生极限扩散后的电位，对于SCE一般-0.3或者-0.4，时间一般要数万秒，另一种是循环几千圈CV后测LSV转移电子数的测定也有两种方法一种是利用K-L方程，这里引申一下解析K-L方程首先是Levich方程即L方程i是极限扩散电流，注意这个不是实际测得的极限扩散部分电流，A是电极几何面积，D为扩散系数，v为粘度系数，C为浓度，w为角速度，n为转移电子数这里有时直接用电流密度j，那么方程中就去除面积A另外这里的系数0.62，对应角速度w，单位为rad/s，而有时系数为0.2，对应转数N，单位为r/min，换算公式w=2pai*N或者w=pai*N/30，跟单位有关但是实际测试情况为Koutecky-Levich方程，即K-L方程这里的i k为无任何传质作用时的电流，也就是动力学控制电流，实际测试极限扩散部分的电流是这个电流和理论极限扩散电流共同组成的因此求算转移电子数是极限扩散电流的倒数对角速度平方根倒数作图，得到的斜率除去常数，剩下的就是n了另外这个i k动力学控制电流也是评估材料活性的标准之一，相对测试的极限扩散电流，这个电流更为权威，具体方法也是根据K-L方程得到这里J是当前电压的测试电流密度，J d为极限扩散电流密度，注意这里不是很清楚，不知道是用的测定的值还是通过转移电子数计算得到的值。
(精品)ORR电子转移数测量
电子转移数n测量
SECM
扫描电化学显微镜
Why？
Fe2+/Fe3+
圆盘电极
旋转的圆盘 电极
旋转圆盘电极工作原理
KL方程
1/J = 1/JL + 1/JK =1/Bω1/2 + 1/JK where B = 0.62nFC0 (D0)2/3ʋ−1/6
F = 96,485 C mol−1)
ORR电子 转移数测量
报告人：雷涛 2017年9月 武汉
燃料电池工作原理 Fuel Cell工作原理
ORR氧还原反应
电子转移数n
From N.M Markovic et al. Fuel Cells, 2001, 1, No. 2, p. 105
电子转移数n测试的三种方法
RDE旋转圆盘电极 NhomakorabeaRRDE
？
KL方程计算n的问题
催化剂负载量越大，则改变电极几何 参数越明显，越偏离线性。
ACS Catal., 2016, 6 (7), pp 4720–4728 DOI: 10.1021/acscatal.6b01581
旋转环盘电极
电子转移数测量
Id为盘电流 Ir为环电流 Nc为RRDE收集效率
盘电流 环电流
C0= 1.2 × 10−6mol cm−1) ʋ = 0.01 cm2s−1
D0 is the diffusion coefficient of O2 in 0.1 M KOH (1.9 × 10−5cm2s−1).
iR补偿
Ru测量方法：
电流中断 正反馈 EIS
Onset Potential
理论收集效率
根据电极的几何尺寸计算理论 收集效率:
ORR的全测试总结
Nafion溶液为1ml稀释成50ml，溶剂乙醇，异丙醇，DMF等与催化剂材料有关催化剂墨水浓度一般为5mgml，负载量不要超过400ugcm作为参照的贵金属催化剂负载量小于这个值，自行掌握，以一半居多电解液的KOH，分别测试N2充满的CV，O2充满的CV和LSV。
N2CV活化，活化圈数自己实验掌握，扫速为100mV，电压窗口略小于或等于CV测试窗口。
N2CV测试，电压窗口与参比电极有关，一般要换算成标准氢电极RHE，换算公式依据能斯特方程：E(RHE)=E(SCE)++对于是E(SCE)+E(RHE)=E(NHE)+E(NHE)=E(Ag/AgCl)+，也有+的，这里有疑问饱和甘汞电极SCE，一般氢电极NHE对于SCE的CV测试参数一般画图的时候画到，转换到RHE的时候范围是到，因为氧气还原和氧化的平衡电位为，ORR 的过电位就是比这个值的部分小的部分，过电位越小，能量转换效率越高因此对于ORR就是电位，无论起始还是半波都是越正越好O2CV测试，参数跟N2一样O2LSV测试参数测试从扫到-1因为电极上发生的是氧还原反应，电位从正到负是还原过程稳定性测试有两种，一种是测i-t曲线，电位选择发生极限扩散后的电位，对于SCE一般或者，时间一般要数万秒，另一种是循环几千圈CV后测LSV转移电子数的测定也有两种方法一种是利用K-L方程，这里引申一下解析K-L方程首先是Levich方程即L方程i是极限扩散电流，注意这个不是实际测得的极限扩散部分电流，A是电极几何面积，D为扩散系数，v为粘度系数，C为浓度，w为角速度，n为转移电子数这里有时直接用电流密度j，那么方程中就去除面积A另外这里的系数，对应角速度w，单位为rad/s，而有时系数为，对应转数N，单位为r/min，换算公式w=2pai*N或者w=pai*N/30，跟单位有关但是实际测试情况为Koutecky-Levich方程，即K-L方程这里的ik为无任何传质作用时的电流，也就是动力学控制电流，实际测试极限扩散部分的电流是这个电流和理论极限扩散电流共同组成的因此求算转移电子数是极限扩散电流的倒数对角速度平方根倒数作图，得到的斜率除去常数，剩下的就是n了另外这个ik动力学控制电流也是评估材料活性的标准之一，相对测试的极限扩散电流，这个电流更为权威，具体方法也是根据K-L方程得到这里J是当前电压的测试电流密度，Jd为极限扩散电流密度，注意这里不是很清楚，不知道是用的测定的值还是通过转移电子数计算得到的值。
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Nafion溶液为1ml稀释成50ml，溶剂乙醇，异丙醇，DMF等与催化剂材料有关催化剂墨水浓度一般为5mg/ml，负载量不要超过400ug/cm
作为参照的贵金属催化剂负载量小于这个值，自行掌握，以一半居多
电解液0.1M的KOH，分别测试N
2充满的CV，O
2
充满的CV和LSV。
N
2
CV活化，活化圈数自己实验掌握，扫速为100mV，电压窗口略小于或等于CV 测试窗口。
N
2
CV测试，电压窗口与参比电极有关，一般要换算成标准氢电极RHE，换算公式依据能斯特方程：
E(RHE) = E(SCE) + 0.0591pH + 0.24 对于0.1M KOH是E(SCE)+1.0083
E(RHE) = E(NHE) + 0.0591pH
E(NHE) = E(Ag/AgCl) + 0.197，也有+ 0.21的，这里有疑问
饱和甘汞电极SCE，一般氢电极NHE
对于SCE的CV测试参数
一般画图的时候画到-0.8，转换到RHE的时候范围是0.2到1.2，因为氧气还原和氧化的平衡电位为1.23V，ORR的过电位就是比这个值的部分小的部分，过电位越小，能量转换效率越高因此对于ORR就是电位，无论起始还是半波都是越正越好
O 2 CV测试，参数跟N
2
一样
O
2
LSV测试参数
测试从0.2扫到-1因为电极上发生的是氧还原反应，电位从正到负是还原过程
稳定性测试有两种，一种是测i-t曲线，电位选择发生极限扩散后的电位，对于SCE一般-0.3或者-0.4，时间一般要数万秒，另一种是循环几千圈CV后测LSV
转移电子数的测定也有两种方法
一种是利用K-L方程，这里引申一下解析K-L方程
首先是Levich方程即L方程
i是极限扩散电流，注意这个不是实际测得的极限扩散部分电流，A是电极几何面积，D为扩散系数，v为粘度系数，C为浓度，w为角速度，n为转移电子数这里有时直接用电流密度j，那么方程中就去除面积A
另外这里的系数0.62，对应角速度w，单位为rad/s，而有时系数为0.2，对应转数N，单位为r/min，换算公式w=2pai*N或者w=pai*N/30，跟单位有关
但是实际测试情况为Koutecky-Levich方程，即K-L方程
这里的i
为无任何传质作用时的电流，也就是动力学控制电流，实际测试极限k
扩散部分的电流是这个电流和理论极限扩散电流共同组成的
因此求算转移电子数是极限扩散电流的倒数对角速度平方根倒数作图，得到的斜率除去常数，剩下的就是n了
动力学控制电流也是评估材料活性的标准之一，相对测试的极限扩另外这个i
k
散电流，这个电流更为权威，具体方法也是根据K-L方程得到
这里J是当前电压的测试电流密度，J
为极限扩散电流密度，注意这里不是很清
d
楚，不知道是用的测定的值还是通过转移电子数计算得到的值。
不过显然在某个
电压下，当前测试的电流密度越大的那个，其J
k
也就越大，一般讨论的是某个
半波电位处的J
k
另一种测定n的方法是通过旋转圆盘圆环电极RRDE，测试双氧水分解
RRDE是双工作电极，在环上施加恒定电压，可以分解盘上产生的H
2O
2
，并达到极
限扩散
对于CHI，这里五根线里面黑色的是地线，双工作电极分别接绿线和黄线
设定参数为Electrode 2那里
对于双氧水的碱性分解电位为1.48V vs. RHE
处理数据用的公式为
或者
这里的N叫环捕集系数，在圆盘电极上发生反应，反应产物通过旋转转移至圆环电极上发生反应，但是由于溶液的径向流动部分产物会带往圆盘的边缘和扩散到溶液内部，因此产物并不能得到完全反应，因此生成的产物与在环电极上被反应
的产物之比为收集系数，需要测定，测定是在10mM的K
3Fe(CN)
6
+溶剂，这里溶
剂有用体系，有用KNO
3，有用KCl，不清楚区别，测定条件是涂抹了催化剂，O
2
饱和，扫LSV，LSV设定与正常一样，得到的环盘电流密度比值就是捕集系数。
对于N的理论值是通过公式计算的。
实际上这个捕集系数就是在修正环电流密度。
另外这里只能用电流密度因为环盘的面积不一定相等。
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