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我该如何认识你?——再论电催化中的面积

我该如何认识你?——再论电催化中的面积

前言:

揭穿电催化的小trick!几何面积,BET面积,电化学面积,到底该用哪一个?”一文推送之后,引起了学者们的激烈讨论。研之成理专门将这些精彩的讨论汇总在这里,供大家参考,希望真理越辩越明,最终能够形成行业规范。

声明:本文只列观点,不注明作者,以免影响大家的判断,在此对各位参与讨论的老师表示由衷感谢!


为了阅读方便,贴一下原文结论


1. 颗粒催化剂的表面积可以由BET或者双电层办法获得。后者是获得电化学面积的一种手段(常用于部分材料,如氧化物等)。

2. 当使用BET面积和电化学面积时,材料的催化活性较为接近。使用BET测得的表面积比双电层电化学面积略高,因此BET面积归一化后的电流密度略低

3. 当使用电极的几何面积来归一化电流时,材料展现出的催化活性远高于使用催化剂面积得到的活性。

4. 使用电极的几何面积来归一化电流并不能排除催化剂表面积和催化剂负载量的影响,因此不能用来描述一个催化剂的本征活性



讨论观点汇总:

1. 这是一个基础研究和工程研究的区别。从基础研究角度考虑,我们更关心如何调控材料表面特性,例如表面电子结构与反应活性之间的关系,很多时候我们还会希望借助DFT计算来解释这种关系,而这是建立在每单位活性位点的TOF来考量的。这种研究下,你觉得用几何面积考虑合适么?要想让自己的材料performance胜出那很简单啊,自己的材料多加一点就好了,对比材料少一点嘛。如果是这样,连工程都算不上,至少工程里面还要给出mass activity或者基于材料成本的performance。


2. 所以以后写论文可以把两种比表面积计算出的电流密度都放上去?


3. 做纳米级的不就是为了利用大比表面积么?也就是说利用纳米颗粒的研究目的,就是提升工作电极的表面的电流密度或催化效率。至于如何表达,都是有意义的吧。得看研究工作的主线和主要问题吧。


4. 这个文章的结论不用做实验就知道。三种表面积,当然几何表面积最小,它所表示的电流密度比较大,影响因素也比较多。BET面积使用氮气吸脱附测得,孔多的纳米材料比表面积自然很大,使用它的话,得到的电流密度肯定会小很多。最终不管选哪种比表面积,比较不同材料选用同样面积来表示材料构筑的不同都是有意义的。就是不大明白这篇文章解决的科学问题是什么?


5. 如果同一个材料通过改性得到不同的形貌结构,但是通过BET面积或电化学面积来计算的面积电流密度数值接近,比较意义在哪?


6. 这是一个比较复杂的问题,个人觉得严格来说应该用电化学活性面积。有部分BET面积可能不是活性部分。但是电化学活性面积的计算,不同文章又有不同的方式。


7. 这种文章更适合发表在电化学通讯上,而且这篇文章所提供的知识完全可以在课本上找到,详情请参见电化学测量和电极过程动力学。


8. 这个总结的挺好的,谢谢。另外现在自支撑电极催化剂,活性面积如何换算,目前大家普遍认为,是平面几何面积的两倍,但是表观上依然远低于实际面积,请问老师有关注或者归纳过吗?能否出个专刊?期待。


9. 使用电极的几何面积来归一化电流并不能排除催化剂表面积和催化剂负载量的影响,因此不能用来描述一个催化剂的本征活性。


10. BET也不合适呀 面积高估了


11. 很多长在基底上的 BET测试望尘莫及了


12. 电化学活性面积好 可是不同材料不好测  贵金属好说,很准,双电容法对含碳材料不是很合适


13. 应该从实际应用角度考虑,性价比,否则就很难有个标准


14. 这是science和engineering的不同侧重点。讨论材料的本征活性并不会用性价比。性价比一般是质量活性。质量活性与催化剂表面积以及负载量有关。举个例子:Pt的ORR本征活性会随着颗粒变小而变差,这是因为表面低配位原子多较容易被氧化,氧化层或者OH悬挂键阻碍氧气接触,ORR效率下降。 但是燃料电池还是需要纳米Pt颗粒做催化剂。这是因为表面积增加倍数显著,整体质量活性提升大 如您说的性价比高。


15. 我觉得这里面的关键问题在于,活性增幅与比表面增幅谁更大?这种增幅很有可能跟材料本身特性有关,因此,有可能因“材”而异


16. 个人认为做应用研究的不能完全脱离engineering,现在四大电催化反应新材料相关的文章,特别是OER,实在是离应用太远太远了,纯粹为了文章而文章


17. 所以发文章时候可能会选一种最能体现自己工作特色的方式去展现材料性能,因此,标准不一定非要统一,只要能说清楚科学意义就可以了,很难有个结论


18. 主要是给初学者看的。早期有些文章讨论这个,推送文章下面有两篇richard的文章 更详细 用的金属催化剂的例子


19. 几位“华山论剑”,讨论深刻,受益匪浅,感谢感谢! 希望科研人一直抱有一颗对科学的好奇的童心,真真切切在科研中感受乐趣,而不是其它! 


20. 其实我说的离应用太远主要是有感而发,最近接触了不少工业界的实际情况,才意识到自己以前很多工作只不过是自我满足而已。举个例子,现在的二氧化碳和水蒸气共电解非常火热,而电解纯二氧化碳的研究相对就少很多。然而我最近接触了一个化工企业,他们觉得电解二氧化碳很好,但是要跟水去共电解就脱离实际了,因为钢厂、煤化工厂等大量排放二氧化碳的企业,他们出产的是纯二氧化碳,水本身就是宝贵的资源,用水和二氧化碳共电解在经济层面上是无法接受的。


21. 科学界需要有一部分人去奇思妙想,也需要有一部分人去倾听工业界真实的需求,这样才能发挥科研工作真正的作用。然而现在对科研人员的评价体系比较倾斜。有感而发,胡言乱语,见谅!


22.  除了从纯科学出发的科研,从应用出发,挖掘科学问题,是科学研究活动的一种主要方式。但科学的深度一般高于实际,而不局限于应用层面。水存在不同状态,水蒸气和二氧化碳混合起来,催化效果是否对应用有借鉴作用?


23. 您说的很对。科学需要高于实际应用,起到引领作用。我倒不是说水蒸气和二氧化碳共电解缺乏实际意义,只是举个例子。不过我跟工业界接触还太少,确实还没找到二氧化碳和水都富裕的应用场景,请大家指教


24. 很少有人用几何面积吧?贵金属催化剂电化学活性面积的测试应该再讨论一下氢气和一氧化碳的区别


25.氢气HAD只对少量贵金属有效,如Pt在酸碱里和Ir在酸里。Pd也可以,但不准确,因为H会进入Pd。CO stripping 对Pt较准,别的金属也是不太准。贵金属还有用MOx还原峰的,如 Au 等 


26. 氢吸附脱附HAD严格讲也是UPD的一种


27. 文章也说了:几何面积对实际器件意义大 只是对于评价材料本征活性欠妥 


欢迎大家继续讨论。。。


想查看原文,请点击下面的链接:


揭穿电催化的小trick!几何面积,BET面积,电化学面积,到底该用哪一个?



我该如何认识你?——再论电催化中的面积

鸟语虫声总是传心之诀,花英草色无非见道之文!




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