Электрохимиялық кварц кристалды микробаланс - Electrochemical quartz crystal microbalance

Схемалық электрохимиялық кварц кристалды микробаланс

Электрохимиялық кварц кристалды микробаланс (EQCM) - тіркесімі электрохимия және кварц кристалды микробаланс, ол сексенінші жылдары пайда болды.[1][2][3] Әдетте, EQCM құрылғысында электрохимиялық жасушалар бөлігі және QCM бөлігі.[4] Кварц кристалының екі жағындағы екі электрод екі мақсатқа қызмет етеді.[4] Біріншіден, осцилляторды құруға арналған екі электрод арасында айнымалы электр өрісі пайда болады.[4] Екіншіден, электролитпен байланысатын электрод а ретінде қолданылады жұмыс істейтін электрод (WE), қарсы электродпен (CE) және эталондық электродпен (RE) бірге, электрохимия ұяшығын құрайтын потенциостатикалық тізбекте.[4] Осылайша, электрохимия жасушасының жұмыс істейтін электроды QCM сенсоры болып табылады.[2]

Жергілікті массаға сезімтал өлшеу ретінде EQCM қолданылатын потенциалда электрод - ерітінді интерфейсіндегі реакциялардың динамикалық реакциясын бақылауға жарамды.[5] QCM металл электродының потенциалы өзгерген кезде электрод бетіндегі аниондардың қабылдануына және метал иондарының ерітіндіге еруіне байланысты теріс немесе оң массаның өзгеруі бақыланады.[5]

EQCM калибрлеу

EQCM сезімталдық коэффициенті Қ өлшенген электрохимиялық жасушаны тарақпен есептеуге болады заряд тығыздығы және QCM өлшенген жиіліктің ығысуы.[6] Сезімталдық коэффициенті электродтағы массаның өзгеруі біртекті болғанда ғана жарамды.[6] Әйтпесе, Қ EQCM сезімталдығының орташа коэффициенті ретінде қабылданады.[6]

[6]

қайда бұл өлшенген жиіліктің ығысуы (), S - кварц кристалды белсенді аймақ (), ρ кварц кристалының тығыздығы, болып табылады кварц кристалды ығысу модулі және негізгі болып табылады кварц кристалл жиілігі. Қ EQCM ішкі сезімталдық коэффициенті болып табылады.[6]

Белгілі бір электролит ерітіндісінде металдан жасалған пленка QCM-нің QCM сенсорлық беті болып табылатын жұмыс электродына түседі.[6]

[6]

The заряд тығыздығы () электроледукцияға қатысады металл иондары тұрақты ток кезінде , белгілі бір уақыт аралығында ().[6]

Белсенді ареалды массаның тығыздығы бойынша есептеледі

[6]

қайда болып табылады атомдық салмақ шөгінді металдың, z электрваленттілік, және F - Фарадей тұрақты.[6]

EQCM эксперименттік сезімталдығы тарақпен есептеледі және .[6]

[6]

EQCM қосымшасы

EQCM-ді электросинтезде қолдану

EQCM электродта жүретін химиялық реакцияны бақылау үшін пайдаланылуы мүмкін, бұл синтез процесі кезінде әсер етуші факторларды салыстыру арқылы оңтайландырылған реакция жағдайын ұсынады.[7] Кейбір алдыңғы жұмыстар полимерлеу процесін және зарядтың тасымалдау қасиеттерін зерттеді,[8] алтын электродының бетінде полимерлі қабықшаның өсуі,[9] және полимерлеу процесі[10] туралы полипирол және оның туындылары. EQCM электр-полимерлеу процесін және допинг / допингтік қасиеттерін зерттеу үшін қолданылды полианилин алтын электродтың бетіндегі пленка.[11] Тергеу үшін электросинтез процесс, кейде қолдану сияқты басқа сипаттама технологияларын біріктіру қажет FTIR әр түрлі жағдайлардың поли (3,4-этилендиокситиофен) құрылымының түзілуіне әсерін зерттеу үшін EQCM,[12] және бірге EQCM қолдану AFM, FTIR, EIS, бағалы металдар электродтарының беттерінде алкил карбонат / литий тұзының электролит ерітіндісіндегі пленка түзілу процесін зерттеу.[13]

EQCM-ді электродозациялауда және ерітуде қолдану

EQCM электродтар бетіндегі тұндыру / еру процесін зерттеу үшін кеңінен қолданылады, мысалы Cu / CuO кезіндегі электрод потенциалының тербелісі.2 қабаттасқан наноқұрылымның электродекциясы,[14] кобальт пен никельдің шөгуінің өсу процесі гексацианоферрат кальций нитраты мен барий нитратының электролит ерітіндісінде,[15] және Mg электродтарының электрохимиялық әрекеті полярлық апротикалық электролит ерітінділері.[16] EQCM-ді қуатты құрал ретінде пайдалануға болады коррозия және коррозиядан қорғауды зерттеу, ол әдетте сипаттаманың басқа технологияларымен біріктіріледі.[5] Алдыңғы жұмыс EQCM және XPS Fe-17Cr-33Mo / Fe-25Cr қорытпасындағы электродтардың қышқылды және негіздік электролиттердегі пассивті потенциал аймағындағы потенциалды сыпыру және потенциалды сатылы тәжірибелер кезінде массасының өзгеруін зерттеді.[17] Бұған дейінгі тағы бір жұмыс EQCM және SEM-дің әсерін зерттеу үшін қолданды пурин (PU) Cu электродтарының коррозиясы және NaCl электролит ерітіндісіндегі өздігінен еруі.[18]

EQCM-ді адсорбция мен десорбцияда қолдану

EQCM зерттеу үшін пайдаланылды өздігінен құрастырылатын моноқабаттар ұзын тізбекті алкил меркаптан[19] және алканетиол және меркаптоалканой[20] алтын электрод бетінде.

EQCM-ді полимерлі модификацияланған электродта қолдану

EQCM полимерді мінсіз өзгерту үшін қолданыла алады мембраналар басқа электрохимиялық өлшемдермен немесе бетті сипаттау әдістерімен бірге.[7] Топ қолданды резюме, UV-Vis, IR және EQCM кейбіреулерінің қайтымсыз өзгерістерін зерттеді политифендер электрохимиялық тотықсыздану процесінде ацетонитрил.[21] Кейінірек олар қолданды AFM және EQCM полипиррол қабығының анионды БАЗ мицеллярлы ерітіндісіндегі өсуін зерттеді. [22] Содан кейін резюме, UV-Vis, FTIR, ЭТЖ, олар 3,4-диметокси және 3,4-этилендиоксиямен аяқталған полипиррол мен политиофеннің өткізгіштігін және магниттік қасиеттерін зерттеу үшін EQCM қолданды.[23]

EQCM энергиясын конверсиялауда және сақтауда қолдану

EQCM электрод бетіндегі отын молекулаларының адсорбциясы мен тотығу процесін және электрод катализаторының немесе электродқа басқа қоспалардың әсерін, мысалы полипиррол / платина композиттеріндегі полипирролдың ішкі Pt жүктемесін бағалау, электродқа әсерін зерттеу үшін қолдануға болады,[24] метанол отын жасушасын анодтау процесі, [25] және гадолиний оксидімен қосылатын церий оксидінің ілулі нанобөлшектерінің ультрадыбыстық астында Co / CeO үшін электродепозициясы2 және Ni / CeO2 композициялық отын элементтері.[26] EQCM сонымен қатар суперконденсаторлардың энергияны сақтау және әсер етуші факторларын зерттеу үшін қолданыла алады[27] және электрохимиялық конденсаторлар. Мысалы, катодтағы конденсатордың өткізгіш полимерінің иондық қозғалыс өлшеуішін зерттеу үшін EQCM қолданылады.[28] Кейбір жұмыстар EQCM-ді күн энергиясындағы қосымшаны зерттеді, бұл көбінесе аддитивті және жұқа пленка материалымен байланысты, мысалы EQCM-ді электрохимиялық тұндыру процесі мен күнді сақтауға арналған оттегі эволюциясы катализаторының тұрақтылығын зерттеу үшін.[29]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Шумахер, Р .; Борхес, Г .; Каназава, К.К. (Қараша 1985). «Кварц микробалансы: сұйықтықтағы алтын электродтарындағы қайта қалпына келтіруді зерттейтін сезімтал құрал». Беттік ғылыми хаттар. 163 (1): L621 – L626. Бибкод:1985SurSL.163L.621S. дои:10.1016/0167-2584(85)90839-4. ISSN  0167-2584.
  2. ^ а б Брукенштейн, Стэнли; Шей, Майкл (маусым 1985). «Алтын электродта адсорбцияланған оттегінің моноқабатының түзілу механизмін in situ өлшеу». Электроаналитикалық химия және фазааралық электрохимия журналы. 188 (1–2): 131–136. дои:10.1016 / s0022-0728 (85) 80057-7. ISSN  0022-0728.
  3. ^ Каназава, К.Кейджи .; Гордон, Джозеф Г. (шілде 1985). «Кварц микробалансының сұйықтықпен жанасу жиілігі». Аналитикалық химия. 57 (8): 1770–1771. дои:10.1021 / ac00285a062. ISSN  0003-2700.
  4. ^ а б c г. Стрейнц, Кристофер С. (1995). «Ағымдағы және никельді нитрат концентрациясының никель гидроксиді пленкаларын тұндыруға әсері». Электрохимиялық қоғам журналы. 142 (4): 1084–1089. Бибкод:1995JElS..142.1084S. дои:10.1149/1.2044134. ISSN  0013-4651.
  5. ^ а б c Шмуц, П .; Ландолт, Д. (желтоқсан 1999). «Электрохимиялық кварцты кристалды микробалансты пассивті Femical25Cr қорытпасының өтпелі реакциясын зерттеу». Electrochimica Acta. 45 (6): 899–911. дои:10.1016 / s0013-4686 (99) 00293-5. ISSN  0013-4686.
  6. ^ а б c г. e f ж сағ мен j к л Gabrielli, C. (1991). «Электрохимиялық кварцты кристалды микробалансты калибрлеу». Электрохимиялық қоғам журналы. 138 (9): 2657–2660. Бибкод:1991JElS..138.2657G. дои:10.1149/1.2086033. ISSN  0013-4651.
  7. ^ а б yan, xiao (қараша 2018). «Электрохимиялық кварцты кристалды микробалансты қолдану». Химиядағы прогресс. 30 (11): 1701.
  8. ^ Бейкер, Чарльз К .; Циу, Ён Цзянь; Рейнольдс, Джон Р. (мамыр 1991). «Электрохимиялық индукцияланған заряд және полипиррол / поли (стиролсульфат) молекулалық композиттердегі масса тасымалы». Физикалық химия журналы. 95 (11): 4446–4452. дои:10.1021 / j100164a053. ISSN  0022-3654.
  9. ^ Чун, Сун-Ми; Пейк, Вун-Ки; Yeo, In-Hyeong (қаңтар 1997). «Электрохимиялық кварцты кристалды микробаланс арқылы алтын электродта полипирролдың бастапқы өсуін зерттеу». Синтетикалық металдар. 84 (1–3): 155–156. дои:10.1016 / s0379-6779 (97) 80690-x. ISSN  0379-6779.
  10. ^ Бозе, C. S. C .; Басак, С .; Раджешвар, К. (қараша 1992). «Поли (пирроллы хлорид) пленкаларының электрохимиясы: полимерлеу тиімділігін, тотықсыздану және ионды тотықсыздану кезінде иондардың тасымалдануын зерттеу және электрохимиялық кварц кристаллының микрогравиметриясы, рН және ионды селективті электродтық өлшеулер». Физикалық химия журналы. 96 (24): 9899–9906. дои:10.1021 / j100203a059. ISSN  0022-3654.
  11. ^ Баба, Акира; Тянь, Шэнцзюнь; Стефани, Фернандо; Ся, Чуанцзюнь; Ван, Чжехуй; Адвинкула, Ригоберто С; Иоганнсманн, Дительм; Нолл, Вольфганг (қаңтар 2004). «Электрохимиялық-плазмонды спектроскопия және кварцты кристалды микробаланс бойынша зерттелген полианилинді жұқа қабықшалардың электрополимерленуі және допинг / дедопингтік қасиеттері». Электроаналитикалық химия журналы. 562 (1): 95–103. дои:10.1016 / j.jelechem.2003.08.012. ISSN  1572-6657.
  12. ^ Кварнстрем, С .; Нойгебауэр, Х .; Бломквист, С .; Ахонен, Х.Ж .; Канкаре, Дж .; Иваска, А. (сәуір 1999). «Полидің (3,4-этилендиокситиофен) орнында спектроэлектрохимиялық сипаттамасы». Electrochimica Acta. 44 (16): 2739–2750. дои:10.1016 / s0013-4686 (98) 00405-8. ISSN  0013-4686.
  13. ^ Орбах, Д .; Мошкович, М .; Коэн, Ю .; Schechter, A. (сәуір 1999). «Алкил карбонаттарындағы асыл металдардың электродтары бойынша беткі қабаттардың түзілуін зерттеу / Li тұзды ерітінділері, Situ AFM, EQCM, FTIR және EIS-те бір мезгілде қолдану». Лангмюр. 15 (8): 2947–2960. дои:10.1021 / la981275j. ISSN  0743-7463.
  14. ^ Боханнан, Эрик В .; Хуанг, Линг-Юанг; Миллер, Ф. Скотт; Шумский, Марк Г .; Switzer, Jay A. (ақпан 1999). «In situ электрохимиялық кварцтық кристалды микробалансты Cu / Cu2O қабатты наноқұрылымдардың электрөтуі кезіндегі ықтимал тербелістерді зерттеу». Лангмюр. 15 (3): 813–818. дои:10.1021 / la980825a. ISSN  0743-7463.
  15. ^ Чен, С.М. (Наурыз 2002). «Темір, кобальт, никель және индий гексасианоферратының дайындалуы, сипаттамасы және электркаталитикалық тотығу қасиеттері». Электроаналитикалық химия журналы. 521 (1–2): 29–52. дои:10.1016 / s0022-0728 (02) 00677-0. ISSN  1572-6657.
  16. ^ Лу, З .; Шехтер, А .; Мошкович, М .; Aurbach, D. (мамыр 1999). «Полярлық апротикалық электролиттік ерітінділердегі магний электродтарының электрохимиялық жүрісі туралы». Электроаналитикалық химия журналы. 466 (2): 203–217. дои:10.1016 / s0022-0728 (99) 00146-1. ISSN  1572-6657.
  17. ^ Шмуц, П; Landolt, D (қараша 1999). «Пассивті қорытпаларды орнында микрогравиметриялық зерттеу: қышқылдық және сілтілік ерітіндідегі Fe-25Cr және Fe-17Cr-33Mo көмегімен потенциалды сыпыру және потенциалды сатылы тәжірибелер». Коррозия туралы ғылым. 41 (11): 2143–2163. дои:10.1016 / s0010-938x (99) 00038-4. ISSN  0010-938X.
  18. ^ Scendo, M. (ақпан 2007). «Пуриннің хлорлы ерітінділердегі мыс коррозиясына әсері». Коррозия туралы ғылым. 49 (2): 373–390. дои:10.1016 / j.corsci.2006.06.022. ISSN  0010-938X.
  19. ^ Шнайдер, Томас В.; Buttry, Daniel A. (желтоқсан 1993). «Алтынға алкил тиолдарының өздігінен құрастырылатын моноқабаттарының адсорбциясы мен десорбциясын электрохимиялық кварцты кристалды микробалансты зерттеу». Американдық химия қоғамының журналы. 115 (26): 12391–12397. дои:10.1021 / ja00079a021. ISSN  0002-7863.
  20. ^ Кавагучи, Тошиказу; Ясуда, Хироаки; Шимазу, Катсуаки; Портер, Марк Д. (желтоқсан 2000). «Электрохимиялық кварцты кристалды микробалансты зерттеу, Ауанға алканетиолдар мен меркаптоалкано қышқылдарының монолайерлерінің тотықсыздандырылған десорбциясын төмендету». Лангмюр. 16 (25): 9830–9840. дои:10.1021 / la000756b. ISSN  0743-7463.
  21. ^ Зотти, Г .; Шиавон, Г .; Zecchin, S. (маусым 1995). «Политифендердің электрохимиялық тотықсыздануындағы қайтымсыз процестер. Полимердің химиялық модификациясы және заряд ұстағыш құбылыстар». Синтетикалық металдар. 72 (3): 275–281. дои:10.1016/0379-6779(95)03280-0. ISSN  0379-6779.
  22. ^ Наои, Кацухико (1995). «Сурфактантты допингті полипиррол пленкасының электрохимиясы (I): электролимеризациялау арқылы бағаналы құрылымды қалыптастыру». Электрохимиялық қоғам журналы. 142 (2): 417–422. Бибкод:1995JElS..142..417N. дои:10.1149/1.2044042. ISSN  0013-4651.
  23. ^ Зотти, Джанни; Цекчин, Сандро; Шиавон, Джилберто; Гроенендаль, Л. «Берт» (қазан 2000). «3,4-диметокси- және 3,4-этилендиокси-қақпақты полипиррол мен политиофеннің өткізгіштік және магниттік қасиеттері». Материалдар химиясы. 12 (10): 2996–3005. дои:10.1021 / см000400л. ISSN  0897-4756.
  24. ^ Шмидт, В.М .; Стимминг, У. (1996), «Көлік құралдарына арналған отын жасушалары жүйелері», Қайта зарядталатын батареяларға арналған жаңа перспективалы электрохимиялық жүйелер, Дордрехт: Springer Нидерланды, 233–246 бет, дои:10.1007/978-94-009-1643-2_17, ISBN  978-94-010-7235-9
  25. ^ WU, Q; ЧЖЕН, С; ZHOU, Z; SUN, S (ақпан 2008). «Ау Электродта қайтымсыз адсорбтталған Sb-дің электрохимиялық әрекеті». Acta Physico-Chimica Sinica. 24 (2): 201–204. дои:10.1016 / s1872-1508 (08) 60010-8. ISSN  1872-1508.
  26. ^ Аргирусис, Кр .; Матич, С .; Schneider, O. (қазан 2008). «Co / CeO2and Ni / CeO2композиттердің ультрадыбыстық көмекші электродекуациясының EQCM зерттеуі отын элементтеріне арналған қосылыстар». Physica Status Solidi (A). 205 (10): 2400–2404. Бибкод:2008PSSAR.205.2400A. дои:10.1002 / pssa.200779409. ISSN  1862-6300.
  27. ^ Леви, Михаэль Д .; Салитра, Григорий; Леви, Наоми; Орбах, Дорон; Майер, Йоахим (2009-10-18). «Энергияны сақтауға арналған микропорозды көміртектердегі иондық ағындарды өлшеу үшін кварц-кристалды микробалансты қолдану». Табиғи материалдар. 8 (11): 872–875. Бибкод:2009NatMa ... 8..872L. дои:10.1038 / nmat2559. ISSN  1476-1122. PMID  19838184.
  28. ^ Фаррингтон, Дж. (1991-07-01). «Литий батареяларына арналған полимерлі электролиттер». дои:10.2172/5176162. Журналға сілтеме жасау қажет | журнал = (Көмектесіңдер)
  29. ^ Иршад, Ахамед; Мюнхендрея, Ноокала (2013-04-11). «EQCM күн энергиясын сақтаудың Co-Pi оттегі эволюциясы катализаторының электрохимиялық шөгінділері мен тұрақтылығын зерттеу». Физикалық химия журналы C. 117 (16): 8001–8008. дои:10.1021 / jp312752q. ISSN  1932-7447.