ECSA 是指什么？

Electrochemical Active Surface Area （ECSA）是指電化學(xué)活性面積，即參與電化學(xué)反應(yīng)的有效面積。電活性面積對(duì)于(ECSA)歸一化電流，計(jì)算電化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)至關(guān)重要！比如，在腐蝕研究中，當(dāng)ECSA可以歸一化時(shí)，腐蝕研究的速率變得非常有意義。在能源研究中，如氫析出反應(yīng)(HRE)，氫氧化反應(yīng)(HOR), 氧析出反應(yīng) (OER)和氧還原反應(yīng) (ORR)等被廣泛的進(jìn)行研究。對(duì)于這些催化反應(yīng)研究中，ECSA的精確測(cè)量對(duì)于催化活性的研究尤為重要，因?yàn)檫@樣真實(shí)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)才能夠被確定。但準(zhǔn)確測(cè)量這些電極材料的ECSA非常有挑戰(zhàn)。因?yàn)闀?huì)涉及到電極、催化劑形狀，電解液反應(yīng)，表面吸附，非法拉第反應(yīng)過程等諸多因素。

ECSA用什么方法來測(cè)？

大多數(shù)值得信賴的ECSA測(cè)試方法，都基于溶液中電極表面特定吸附的離子或者氣體(如溶液中Pt表面，吸附的一氧化碳或者氫氣)此外，欠電位沉積(UPD)也被用于測(cè)試電極表面面積。施加電壓改變電極的氧化態(tài)也可以用于測(cè)量ECSA。但是，這些方法都有一定的選擇性，僅適用于特定材料。常用方法為比表面積測(cè)試法(BET), 即在接近真空條件下的氣體吸附量。但是，對(duì)于這個(gè)方法，需要樣品的比表面積在幾個(gè)平方米每克量級(jí)，才可以達(dá)到一定信號(hào)強(qiáng)度。因此，BET適合于非常細(xì)小的粉末不適用于面積較小的電極。

目前來說，雙電容層測(cè)量法(DLC) ，被公認(rèn)為比較合理的，可用于測(cè)試ECSA的方法。然而，BET與DLC測(cè)試的結(jié)果，會(huì)有幾個(gè)數(shù)量級(jí)的差異。

ECSA如何準(zhǔn)確測(cè)量?

目前來說，CV和EIS是測(cè)試DLC計(jì)算ECSA*可靠的方式。請(qǐng)注意CV是指linear scan CV哦，非一般的staircase CV 。更多關(guān)于Linear scan CV 和Staircse CV的說明請(qǐng)參考下列信息。

linear Scan CV vs Staircase CV

CV計(jì)算ECSA

EIS 計(jì)算ECSA

CV與EIS結(jié)果對(duì)比

參考資料

1. Adv. Energy Mater. 2020, 2000652

2. Electrochemical Impedance Spectroscopy and Cyclic Voltammetry to Determine Double Layer Capacitances and Electrochemically Active Surface Areas, Doi:10.1149/http://osf.io/gyexd

3. https://mediatum.ub.tum.de/doc/1535142/1535142.pdf