Ⅰ- はじめに

電極表面の状態は、実施する実験によって非常に重要になります。副反応を回避するため、常に可能な限り手入れの行き届いた状態にしなければなりません。また、電極の形状もできるだけ平滑にする必要があり、平面電極を例にとると、表面を顕微鏡スケールで可能な限り平面にします。適切な条件下では、所与の材料の表面単位における吸着部位数といった特性値を特定できます。
本チュートリアルの目的は、電流 vs.電圧のボルタンメトリ波形から電極の活性界面を特定する方法を示すことです。

Ⅱ- 実験条件

• 作用電極: プラチナのRDE(回転ディスク電極)、有効面積: 0.0314cm²
• 対電極: プラチナ線
• 参照電極: 飽和カロメル電極
• 溶液: H₂SO₄(0.25M)

III- 手順の説明

E Rangeを調整した後で電位制御分解能(スパン)を広げることが重要です。
本実験の場合は、[-5; 5] Vの範囲内でE Rangeを調整した後、電位ステップの最小の高さを300～200μV [1]の範囲内で調整しました。
得られた曲線を図2に示します。その形状は、文献[2]に掲載されている曲線と同等です。
本曲線のさまざまなサイクルは、関連するデータ・ファイルを処理して切り分けたものです。

IV– 活性界面の計算

脱着の全電荷を式で表すと、次のように表現できます。

二重層に起因する面積は、手作業で計算する必要があります。すべての電位に対し容量性電流が一定の場合は、積分に使用する電位の時間長を乗算するだけで済みます。
本実験の場合、容量性電流は2μAであり、該当する電位時間に渡って一定です(340mV)。
二重層に対応する面積は、次のとおりです。

2ｘ10^-3 x 0.34 = 6.8ｘ10^-4 mA.V.

そのため、脱着に対応する面積は次のようになります。

(2.69 – 0.68)ｘ10^-3 = 2.01ｘ10^-3 mA.V.

水素の脱着に対応する電荷値を求めるには、直前の結果を掃印速度v_bで割って表面単位当たりの電荷値を求め、それを電極表面積で除算する必要があります。

2.01÷0.2 = 10.05 μC Q = 10.05÷0.0314 = 320 μC/cm²

文献[3]によると、水素の単分子層吸着に関連する電荷は一般的に、210μC /cm²[3]です。すぐ前で得られた結果は、少し大きめですが、その説明はつきます。その理論値は、平面の電極用のものだからです。本実験用に作用電極が研磨されているとはいえ、良好な顕微鏡で見ると、表面全体がまったくの平面であるとは言えず、表面積は理論値より大きいのです。つまり、水素原子の吸着部位が増えるため、実験結果のようになることを部分的に説明することはできます。
注: 吸着された陽子の数および吸着部位の数は、最終結果を陽子の電荷(1.6ｘ10^-19C)で割ると特定できます。

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