濃縮されたNaOH溶液中の酸素の電気化学:溶解度,拡散係数,および超酸化物形成

科学分野:

• 電気化学 電気化学について
• 物理化学 物理化学
• マテリアルサイエンス 材料科学

背景:

• 酸素還元反応 (ORR) を理解することは,エネルギー変換技術にとって極めて重要です.
• ORRパラメータに対する高イオン強度媒体の影響は完全に理解されていません.
• 水性ナトリウム水酸化物 (NaOH) 溶液は,粘度が増加し,水の活性が変化したため,ユニークな環境を提供します.

研究 の 目的:

• 濃縮されたNaOH溶液における酸素減少の拡散係数 (D(O(2)),溶解性 (C(O(2)),および電気化学的振る舞いを調査する.
• ORRの初期段階に含まれる電子数 (n) にNaOH濃度の影響を測定する.
• 電子化学顕微鏡 (SECM) を用いて,ORR製品,スーパーオキシード (O(2)(*-) の電気化学的振る舞いを特徴づけました.

主な方法:

• プラチナ (Pt) の超マイクロエレクトロッドでサイクルボルトメトリーと臨時アンペアメトリー.
• 1~12Mの水性NaOH溶液で実施した電気化学測定.
• 製品分析のためのスキャニング電気化学顕微鏡 (SECM)

主要な成果:

• D ((O ((2)) とC ((O ((2)) の両方がNaOH濃度の増加とともに減少し,溶液粘度 (eta) の増加と相関する.
• ストークス-アインシュタイン関係に従っており,定数O(2) の分子半径 (2.8 Å) を示しています.
• 最初のORRステップの電子数 (n) は,水活動の変化に関連して,n=2で1-2M NaOHからn=1で>6M NaOHにシフトします.
• 10M NaOHでのSECM解析では,O(2)/O(2)(*-) 還酸化カップルの表面的な速度定数は ~2.6 x 10(-4) cm/sであったことが明らかになった.

結論:

• 濃縮NaOHは,ORR運動とメカニズムに影響を与える物理特性 (粘度,水活性) を著しく変化させます.
• ORR経路はNaOH濃度に依存し,2電子から1電子のプロセスに移行します.
• SECMは,高濃度電解質のORR製品を研究するための貴重なツールです.