JACS：气泡合并现象增强电催化HER动力学

纳米技术

2024-03-28

电解水反应过程生成的气泡严重阻碍整个电催化反应的速率。因此如何改善电解水反应过程中的气泡从电催化剂表面脱离有助于电催化反应。当浮力大于向下的作用力（这些向下的作用力包括接触作用力、马兰戈尼(Marangoni) 应力(一种表面张力梯度所导致的力)、电力），单个气泡才能够从电催化剂表面脱离。

有鉴于此，特文特大学Dominik Krug、Aleksandr Bashkatov等报道系统的考察了一对Pt电极体系在0.5 M H₂SO₄酸性环境电催化过程中，电极距离和电极电势对形成氢气气泡的影响。

本文要点

（1）

通过高速成像和电化学分析，作者发现气泡-气泡之间相互作用对于气泡从电极表面脱离的重要作用。气泡之间的合并能够显著提前气泡从电催化剂表面脱离所需的时间，因此在给定过电势表现更高的电催化反应速率。由于电催化反应持续不断的传质和动量守恒效应，当到达某个临界电流（该临界电流与电极间距的增加而增加），重复性的气泡合并现象可能导致从电极表面脱离的气泡返回电极表面。

（2）

从电极表面脱离的气泡重新回到电极表面导致气泡在电极表面恢复长大，随后根据浮力规律从电极表面脱附。这种作用对于电极间距较宽的体系具有优势，相比于单个电极，一对电极的电催化体系导致电流密度提高2.4倍。

参考文献

Aleksandr Bashkatov*, Sunghak Park, Çayan Demirkır, Jeffery A. Wood, Marc T. M. Koper, Detlef Lohse, and Dominik Krug*, Performance Enhancement of Electrocatalytic Hydrogen Evolution through Coalescence-Induced Bubble Dynamics, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c02018

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c02018