电化学石英晶体微量天平与耗散监视(EQCM-D)

电化学石英晶体微量天平与耗散(EQCM-D)已成为一个强大的原位电化学实验技术来补充。石英晶体微量天平与耗散(QCM-D)是一个高度敏感的表面技术,监控实时变化发生在表面微小的敏感度。与电化学相结合时,它可以提供的信息质量和结构变化与电子转移过程发生在电极表面,如electropolymerization、离子夹层,腐蚀,electrodepostion。独特的能力QSense QCM-D技术测量数据在多个谐波使得表征粗糙/多孔Li -离子电池电极介观尺度(ref 5 - 8)。

QSense电化学(EC)模块(QEM 401)促进同时QCM-D和电化学测量在同一表面。EQCM-D设置为在不同条件下进行实验提供了极大的灵活性,例如,实验可以在有机溶剂和其他执行严厉的媒体。整个EQCM-D设置可以放在手套箱使用适当的连接器。QSense提供了各种各样的传感器表面随着电极模拟。定制的传感器表面可以做好准备,以满足用户的需求。

EQCM-D试验装置

图1显示的照片QSense探险家(图1),QSense EC模块QEM 401(图1 b)与EC QSense Explorer室模块安装在它(图1 c)。QSense EC模块有三电极配置,传感器表面作为工作电极,Pt板反电极,和一个定制的低泄漏Ag / AgCl电极作为参比电极。可以配置模块和一个自定义的参比电极使用有机溶剂。模块也可以用于封闭二电极配置的参比电极端口提供的聚四氟乙烯帽。如图1所示的三个港口B是用来连接的三个电极稳压器。另外两个端口连接进口和出口油管和实验可以流或批处理操作模式(图1 c)。

图1:(A) QSense Explorer工具,(B) QSense EC模块QEM 401, (C) QCM-D电化学装置(Biolin科学)

图2:EQCM-D设置的原理图

图2中的图表提供了这个设置的详细图;QSense传感器安装在底部作为工作电极;任何改变发生在表面电化学测量环境实时监测频率(f)和耗散(D)变化的传感器使用QCM-D晶体。Pt上限作为对电极和参比电极安装在出口流关闭工作电极(~ 4 - 5毫米)。

QSense窗口EC模块,qwem - 401

光敏感的电子商务实验,Biolin科学提供一个窗口EC模块QWEM 401配备了1毫米厚蓝宝石玻璃窗口,允许光学访问传感器表面(图3 b)。到窗口的玻璃EC模块,铂环电极已经气急败坏的说,作为对电极(CE)(图3 c)。传感器的上电极作为工作电极(我们)。参比电极(RE)放置在出口流路径。

图3:(A) QCM-D电化学窗口设置(B) QSense EC-Window模块QWEM (C)的照片Pt QWEM反电极,(Biolin科学)

EQCM-D设置允许QCM-D测量结合典型的电化学实验等,循环伏安法(CV)、电流滴定法、伏安法和电化学阻抗谱(EIS)。

图4展示了示例QCM-D和EC收集的数据在镀铜和剥离到QSense黄金传感器响应电压骑自行车从50 mV + 0.3 V至-0.5 V / s 4次。硫酸铜溶液(CuSO 10毫米₄在0.1 M H₂所以₄)作为电解液。减少∆f表示表面质量建立而∆D的增加表明影片的粘弹性特征。耗散,在这种情况下相比相对较低的变化∆f表明铜电影严格吸附到表面。镀铜和剥离过程是可逆的(数据获得Biolin科学)。

图4:频率∆f,耗散∆D和目前我对骑自行车E + 0.3 V至-0.5 V至+ 0.5 V在50 mV / s的四倍

EQCM-D的应用:

EQCM-D不断增长的应用在几乎所有领域应用电化学。一些例子包括,能源储存,聚合物电影、生物分子、生物传感器和腐蚀。

十大EQCM-D出版物在能源存储

阅读我们的应用程序注意:描述表面和表面反应在能源存储

EQCM-D已成功用于描述为能量储存和转换电极材料。这项技术也被用于分析形成,发展,和机械性能的固态电解质间期(SEI)在不同条件下的电影。变量的影响,如电解液成分、添加剂和污染对电极性能在各种电化学条件下进行了调查。以下列举当前排名前十的相关出版物EQCM-D储能应用程序:

1. Narayan et al。电化学诱导二氧化钛和碳的变化与QCM-D电影研究,ACS应用能源材料,2020 3 (2),1775 - 1783。
2. Zhang et al。电荷存储机制Zinc-ion醌聚合物电极的电池电化学学会杂志》,2020年167年070558年
3. Shpigel et al。EQCM-D技术对于复杂机械储能电极的表征:背景和实践指南储能材料,2019年,399 - 413。
4. 北泽阀门等。与同步原位EIS Operando EQCM-D:相间形成锂离子电池的新见解,肛交。化学2019,91,2296 - 2303。
5. Shpigel et al。原位实时机械和形态特征的电极电化学能量储存和转换通过电化学石英晶体微量天平耗散监控,Acc。化学。研究》2018年,51岁,69 - 79。
6. 利等。原位多孔电极的结构描述为能量储存和转换EQCM-D:复习一下,Electrochimica学报,2017,232,271 - 284。
7. Shpigel et al。原位水动力光谱学多孔储能电极的结构特征。大自然母亲,2016年,570 - 575。
8. 利等。石英晶体微量天平与耗散监视(EQCM-D)原位研究超级电容器和电池电极:一个原子力、电化学通讯、2016、67、16。
9. Hubaud et al。界面研究二氧化矽的作用如果阳极使用电化学石英晶体微量天平、电源学报,2015,282,639 e644。
10. 杨et al。量化的质量和粘弹性界面在锡阳极使用EQCM - D电影ACS达成。板牙。接口,2015,26585−26594。

选定的聚合物薄膜EQCM-D研究

一些出版物报道使用EQCM-D学习电化学发起聚合物薄膜的成核和生长以及运输的带电物种,溶剂和其他中性氧化还原化学过程中发生这些电影。这里是一个列表,选择参考:

1. 王等。实时洞察redox-active有机自由基聚合物的掺杂机制2019年,大自然母亲,18岁,69 - 75。
2. 萨瓦et al。Ionic-to-electronic耦合效率PEDOT: PSS电影在水溶液电解质,j .板牙。化学。C, 2018, 12023。
3. 佩尔松et al。电子控制Self-Doped水溶性共轭聚电解质的超然21岁的朗谬尔2014年30 6257 - 6266。
4. 尼尔森等。电化学石英晶体微量天平研究聚电解质膜阳极条件下生长应用表面科学,2013年,280783 - 79。
5. 施密特et al。电化学控制肿胀和聚合物纳米复合材料的力学性能3,ACS Nano, 2009年,2207 - 2216。

由EQCM-D生物传感器和生物分子吸附

EQCM-D应用的例子在生物传感器领域的生物分子被吸附到表面包括偏置的表面和监测生物分子反应氧化还原蛋白质、细胞、DNA,和许多更多

1. Arua c·达席尔瓦et al。电化学石英晶体微量天平与耗散的调查纤连蛋白吸附动力学由电刺激到导电和部分可生物降解的共聚物021003年,2020岁的Biointerphases 15日。
2. 吴Jhih量广et al .,原位探测异常蛋白质吸附行为电气化两性离子导电聚合物,2020年推进材料接口
3. Xueling Quana et al。现场监控潜在的增强DNA相关流程使用电化学石英晶体微量天平和耗散(EQCM-D)电化学通讯,2014年,48岁,111 - 114

使用EQCM-D腐蚀

有许多出版物报道使用电化学QCM-D研究表面腐蚀。以下论文报告使用EQCM-D分析电极腐蚀的聚合物电解质膜(PEM)燃料电池。

1. Wickman B Gronbeck H, Hanarp, P, Kasemo, B。腐蚀引起的退化Pt / C模型测量电极电化学石英晶体微量天平电化学学会杂志》157 (4),B592-B598 (2010)。

上面列出的例子包括许多常见EQCM-D技术的应用。我们可能有许多其他应用程序可能已经错过了。如果你有其他EQCM-D集团正在请例子万博max体育联系我们知道,我们可以将其包含在我们的列表。