㈠ 2020-07-22
## 系統設置（system)
* 界面設置
<div align="center"><img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/zhongfeiLiu/Figurebed@master/img/晨華電化學工作站系統設置" alt="界面設置" style="zoom:100%;" align="center" width="500" height="400"/></div>
* 硬體測試
<img src="https://cdn.jsdelivr.net/gh/zhongfeiLiu/Figurebed@master/img/晨華電化學工作站硬體測試" />
## 工作電極的制備（Preparation of catalyst ink)
### 旋轉圓盤電極（RDE/RRDE)
Yang Chz: 滴塗（drop-casting)在旋轉圓盤電極上的催化劑濃度不能高，溶劑的揮發速度要快，10mg催化劑在1960μL的四氫呋喃(THF)中超聲，加入准備好的Nafion溶液60μL。繼續超聲。取10μL的分散液滴塗,
### Nafion 的處理
* Yang Chz: 對於在酸性中不穩定的催化劑，在使用nafion之前需要對nafion進行處理，nafion屬於導電離子型聚合物，酸性。將2體積的nafion與1體積的0.1M的MOH(M 為鹼金屬)溶液混合，配製准備ink時需要的nafion溶液. 配置Ir的催化劑ink時，nafion不需要鹼性溶液處理。
* Li Y: 總溶液體積1mL, 795μL的超純水，200μL的異丙醇，分散2mg的催化劑，加入5~10μL的nafion(未加入鹼溶液處理), nafion 需要根據催化劑是否穩定在基底上來確定。也可以將催化劑用超純水和異丙醇分散好之後滴在玻碳電極($0.07cm^{-2}$), 待乾燥之後再加入5~10μL的nafion溶液。<span style="color:red">從分散液中移液槍取4μL滴在電極上</span>需要在電解質中循環20圈左右進行清洗、活化、穩定。然後測試
### 碳紙/長方形玻碳/鈦片/鎳網/鎳片電極
* Yang Chz: 濃度較高的ink滴塗。10mg催化劑，140μL的THF,60μL的nafion。nafion的量為10mg/60μL。滴塗過程夾住碳紙等，讓它傾斜，在通風櫥中進行操作。使用小瓶子配置ink，小管子配置損耗大
* Yang Chz: 催化劑粉末配置的時候加入10%的碳，根據顆粒來看，一般認為催化劑的顆粒比碳的顆粒大。因此需要先研磨催化劑一段時間之後，加入碳粉研磨混合。
* Li Y: 鎳網使用過程中會出現溶液往上電泳的現象，同時有一對氧化還原峰出現。
## 對電極的選擇
一般選擇鉑絲/鉑片,因為有文獻指出鉑在鹼性溶液中溶解析出會沉積到工作電極上提升活性，所以一般採用碳棒作為對電極
## 參比電極的選擇
可以使用Ag/AgCl電極。常用3M/3.5M KCl溶液作為內充溶液。最好使用Hg/HgO電極，內充1M KOH。Li Y: 基本採用Hg/HgO作為參比電極. Liu Zhf: 可能有一些還是要用Ag/AgCl電極，像TMAOH這樣的有機鹼可能會與HgO反應。
## 測試方法
### 1. 循環伏安測試
#### 原理
* 三電極體系下，控制工作電極的電勢，使得電極上的電子能量變化，能級發生變化。與溶液中的反應物發生電子的交換
* 測試循環伏安的時候，到達某一電勢處，發生氧化還原反應，由於反應物質的消耗將會出現氧化還原峰的消失，同時應當注意i<sub>pa</sub>(還原電流)的計算應該以i<sub>pc</sub>(氧化電流的衰減為基線計算)
* 當正向掃描的時候，擴散層中主要含有R物質，當氧化峰消失的時候，溶液中的R物質消耗殆盡，相當於擴散層中只含有O物質
* 雙電層中的充電電流密度和掃描速率的關系: $I_充=C_dν$
峰值電流和掃描速率的關系
$$I_p=2.69×10^5n^{3/2}D^{1/2} _Oν^{1/2}C^0_O(A·cm^{-2})$$
* 測試的時候是否通入氧氣： Li Y：通氧氣與不通氧氣測試發現結果差別不大。手稿中寫通入氧氣，實際測試可能不通。
* 攪拌和使用旋轉圓盤電極：Li Y: 不使用旋轉圓盤電極，但是測試的時候要攪拌。目的主要是減小電極上氧氣氣泡影響測試，同時降低擴散的影響。Yang Chz: 攪拌的溶液和使用旋轉圓盤電極相同結果，旋轉圓盤電極降低擴散層厚度，產物沿著徑向離開，反應物垂直於電極向電極表面擴散。Liu Zhf: 當電壓值達到一定程度的時候，反應速率和供應反應物的速率平衡，則到達平衡電流。
* 碳的摻入可能導致贗電容電流（非法拉第電流）增加，或者使用高比表面積的碳材料/鎳網等也可能導致相同問題。
#### 參數
* 測試的電勢窗口先按照文獻中給的窗口調試（1.1V~1.7/8V vs.RHE)
* 需要按照公式轉換設置電壓：
$$E_{RHE}=E_R+0.059pH+Δ$$
這里的$E_R$為設置在電化學工作站上的電壓，Δ為參比電極的標准電極電勢，可以查詢獲得。具體的公式推導自由查詢。
* 掃描速率為5mV/s或者10mV/s即可。晨華工作站的靈敏度根據測試中的電流密度設置，不要溢出(overflow).
### 2. LSV測試
* 不需要包含氧化還原峰的位置，在數據/出圖上處理掉，測試電勢范圍、靈敏度、掃描速度與CV相同。需要一段包含<span style="color:red">起始電位</span>(onset potential)的數據，用來擬合得出Tafel斜率。
### 3. Tafel slope
* 公式： $η=alogi+b$ 其中i為電流密度,η為過電位，在LSV中選取的數據，根據該公式擬合。其中
$a=α2.303nF/(RT)$, 這里包含了(transfer coeffficient)傳遞因子和電子轉移數量，是自由能壘的體現。選取動力學控制區域進行計算。
* 當過電位的絕對值很大的時候，反應速率很大，表面的物質濃度很小，則本體濃度向表面的傳質速率將會占據主導，即使過電位再增加也不能提高電流，因為此時電流（反應速率）已經被傳質速率控制，所以會出現極限電流(穩定的平線)。
* 過電位的絕對值要大於118mV, 如果動力學很快，那麼將在短時間內到達極限電流，從而導致觀察不到Tafel關系，此時必須要排除傳質的影響。
### 4. 計時電位和計時電流法
* 計時電流的電位為10mA·cm<sup>-2</sup>這個位置的過電位。
* 計時電位的電流密度為10mA·cm<sup>-2</sup>
### 5. EIS測試
* 選取不同電位下的阻抗，相當於測試不同反應處的阻抗，進行擬合，一般在起始電位往後一點
* 0.01~10<sup>5</sup>Hz測試
### 6.IR補償
* 做一個最終產生數值結果的量化測試
* 電解池中的溶液導電性差
* 使用的電流高
* 電解池的幾何不夠理想
* 測量未補償溶液的R<sub>u</sub>.可以直接通過EIS測試，選取Nyquist曲線與實軸的第一個交點值。