電催(cui)化(hua)實驗(yan)如(ru)何(he)做(zuo)好(hao)催化劑(ji)前處理(li)？這篇(pian)文(wen)章(zhang)告(gao)訴妳(ni)

在能(neng)源可持續發展(zhan)與全(quan)球氣候變化(hua)的時代背(bei)景下(xia)，電催(cui)化(hua)可再生能(neng)源轉(zhuan)換技(ji)術(shu)是實現“雙碳(tan)"目標(biao)的重要(yao)方式，展(zhan)現著巨大的應用潛力，已(yi)經在燃(ran)料(liao)電池(chi)、電解(jie)水、二氧(yang)化碳(tan)還原等技(ji)術(shu)中取得重要研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)。

電催(cui)化(hua)是通過調控電極-電解(jie)質(zhi)界面(mian)電荷(he)轉(zhuan)移(yi)過程(cheng)來加(jia)速反(fan)應(ying)動力(li)學的關(guan)鍵催(cui)化技(ji)術(shu)，其效能(neng)本(ben)質(zhi)上(shang)取決(jue)於催(cui)化劑(ji)的本(ben)征特(te)性(xing)與(yu)結(jie)構穩定性(xing)。

在新型電催(cui)化(hua)劑(ji)研(yan)發體(ti)系(xi)中(zhong)，不僅需要(yao)基於(yu)電子結(jie)構調控和活(huo)性(xing)位(wei)點暴露的理論(lun)設(she)計，同(tong)時(shi)必(bi)須嚴格規範(fan)實驗(yan)測(ce)試流程：壹方面(mian)要建立標(biao)準化的催化(hua)劑(ji)預(yu)處(chu)理流(liu)程（包(bao)括(kuo)表(biao)面(mian)清潔(jie)、晶(jing)面(mian)取向調控等），另壹方面(mian)需采(cai)用高(gao)精(jing)度(du)表(biao)征(zheng)手(shou)段(duan)確保(bao)獲得準確可靠的圖譜數(shu)據為反應機(ji)理(li)的深入解析(xi)和科研成(cheng)果(guo)的學術呈現提供(gong)有力支撐(cheng)。

漿(jiang)料(liao)配(pei)方典型的催化(hua)劑(ji)漿(jiang)料(liao)由碳(tan)負(fu)載(zai)Pt催化(hua)劑(ji)顆粒、全氟磺酸樹脂(zhi)離(li)子聚合物(wu)（Nafion）以(yi)及含有乙醇(chun)等低級(ji)醇(chun)的醇(chun)水混合溶(rong)劑(ji)組(zu)成(cheng)。

膜(mo)電極漿(jiang)料(liao)通常(chang)會使用催化劑(ji)粉末（如(ru)商業PtCo/C 30wt%）、粘(zhan)結(jie)劑(ji)（如(ru)5.0wt%nafion）、溶(rong)劑(ji)（如(ru)異(yi)丙醇(chun)、壹定比例(li)的去離(li)子水與異(yi)丙醇(chun)混(hun)合溶(rong)液），靜置(zhi)15分鐘(zhong)後(hou)，使用漿料(liao)均(jun)質(zhi)設(she)備（如超聲(sheng)機(ji)清洗(xi)機）進行混合分散(san)。

Nafion的加(jia)入量問(wen)題(ti)是(shi)目前學界比較關(guan)註的研究(jiu)點，多(duo)位(wei)學者LSV數(shu)據表(biao)明(ming)當Nafion含量超過最(zui)佳標(biao)準時，Nafion會阻(zu)塞(sai)電化(hua)學反應電位(wei)，降(jiang)低催(cui)化劑(ji)活(huo)性(xing)面(mian)積。

漿料(liao)分散(san)

漿料(liao)配(pei)方的分散(san)方式、分散(san)程度(du)對單(dan)電池(chi)的性(xing)能(neng)有重要(yao)影響。理(li)想(xiang)的催化(hua)劑(ji)分散(san)狀態是粒徑(jing)小(xiao)且(qie)分布(bu)窄的團(tuan)聚體，這樣可以盡可能(neng)使催化(hua)劑(ji)接(jie)觸反(fan)應，提升利用效率。

在實驗(yan)前，我們(men)應當如何對催(cui)化(hua)劑(ji)漿(jiang)料(liao)正確地(di)分散(san)呢(ne)？

在現實中，漿(jiang)料(liao)分散(san)需要(yao)根(gen)據物(wu)料(liao)的多少選(xuan)擇(ze)合(he)適的分散(san)設(she)備，壹般(ban)在實驗(yan)室(shi)電催(cui)化(hua)研究(jiu)使用超聲分散(san)和高(gao)速剪(jian)切分散(san)較多。

超(chao)聲分散(san)的優(you)點在於可以顯著增大催(cui)化(hua)劑(ji)和離(li)子樹脂(zhi)的分散(san)均(jun)壹性(xing)，增加(jia)催(cui)化劑(ji)的電化(hua)學比表(biao)面(mian)積和電化(hua)學活性(xing)。高(gao)速剪(jian)切分散(san)則可以緩(huan)解鉑(bo)-碳(tan)顆粒的沈降(jiang)，顯著改(gai)善鉑(bo)-碳(tan)顆粒在流場中(zhong)的分散(san)特性(xing)。

這(zhe)裏(li)推薦(jian)使用DC ID-4000納(na)米(mi)漿(jiang)料(liao)分散(san)儀進(jin)行分散(san)處理(li)。具備超聲波(bo)+高(gao)速剪(jian)切分散(san)，轉(zhuan)速0-8000 rpm，特(te)別(bie)針對難(nan)以(yi)混勻的漿料(liao)可以有效處(chu)理，非(fei)常(chang)好(hao)用。

漿料(liao)噴塗

噴塗法(fa)是壹般(ban)實驗(yan)室(shi)規模(mo)制備膜電極的常用方法(fa)，具有操(cao)作(zuo)簡單(dan)、易於(yu)控制等特點。在實驗(yan)中(zhong)，噴塗法(fa)可以實現鉑(bo)載(zai)量的精(jing)確控制，降(jiang)低損耗(hao)。

經(jing)過噴塗後(hou)，催(cui)化劑(ji)與(yu)電極表(biao)面(mian)形成(cheng)了(le)很(hen)好(hao)的貼合，減少催(cui)化(hua)劑(ji)發生(sheng)脫落等問(wen)題(ti)，並(bing)且(qie)可以在整(zheng)個(ge)電極表(biao)面(mian)均(jun)勻地分布(bu)。

相較於轉(zhuan)印法(fa)、電沈積法(fa)存在的分布(bu)不均(jun)問(wen)題(ti)，噴塗法(fa)表(biao)現出來的測試數(shu)據效果(guo)優(you)異(yi)。當前，催化(hua)層CL研(yan)究(jiu)朝著梯度化(hua)結(jie)構、有序(xu)化分布(bu)發展(zhan)，噴塗法(fa)制備優(you)勢更為明(ming)顯，助(zhu)力高(gao)性(xing)能(neng)膜(mo)電極技(ji)術(shu)探索。

壹開始噴塗的量不(bu)用太大，遵(zun)循“少量(liang)多(duo)次(ci)"的原則(ze)。噴槍頭(tou)切忌(ji)不(bu)要過於(yu)靠近基底(di)。每壹次(ci)噴塗看到(dao)有壹層水膜後(hou)暫停(ting)，當水膜蒸發後(hou)，再進行下壹次(ci)噴塗即可。

這裏(li)推薦(jian)使用DC IS-200納(na)米(mi)漿(jiang)料(liao)氣(qi)動(dong)噴塗儀，具有納(na)米(mi)級(ji)霧(wu)化(hua)、可編程控制、塗(tu)覆(fu)更均(jun)勻的優(you)點，通過固(gu)定在移(yi)動平(ping)臺(tai)上(shang)的高(gao)精(jing)度(du)氣動噴槍，將(jiang)催化(hua)劑(ji)漿(jiang)料(liao)按(an)照(zhao)程序(xu)設(she)定自動(dong)化(hua)地均(jun)勻噴塗到(dao)離子交(jiao)換膜或(huo)GDL表(biao)面(mian)。適用於GDE塗覆(fu)技(ji)術(shu)、CCM塗覆(fu)技(ji)術(shu)、熱(re)轉(zhuan)印塗(tu)覆(fu)技(ji)術(shu)等。