源起——揭開(kāi)“電催化CP”神秘的面紗
美國(guó)PINE旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)圓環(huán)電極裝置(MSR)與WaveDriver200雙恒電位儀為何被稱為“電催化CP”?解密“電催化CP”起源
甲:鐵子,有看過(guò)《覺(jué)醒年代》嗎?最近可火啦!
乙:我也看過(guò)了,確實(shí)不錯(cuò),尤其是陳李CP,賺了我不少眼淚!
甲:是的呀??耐炅?,還有沒(méi)有其他的推薦一波。
乙:那你可找對(duì)人了,我磕的CP都是實(shí)力派,比如我們電化學(xué)領(lǐng)域就有一對(duì)深藏不露的不太知名CP,屬于“低調(diào)實(shí)力派”
甲:絕絕子,快展開(kāi)說(shuō)說(shuō)。
乙:這對(duì)CP叫做“電催化CP”。
甲:“電催化CP”?就是做ORR、OER和HER的嗎?
乙:沒(méi)錯(cuò)!
甲:做這些電催化實(shí)驗(yàn)必不可少的是什么設(shè)備?
乙:那當(dāng)然是雙恒電位儀和旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)圓環(huán)電極了。
甲:那你用哪家的旋轉(zhuǎn)?
乙:當(dāng)然美國(guó)PINE。經(jīng)典,大神!不可忽略的存在,基本都用!
你想聽(tīng)一下美國(guó)Pine旋轉(zhuǎn)(MSR)后面的故事嗎?
甲:還有故事?趕緊講!
乙:電化學(xué)歷史上有一個(gè)弗魯姆金 (Frumkin) 時(shí)代,你知道嗎?20世紀(jì)50年代,蘇聯(lián)科學(xué)家Frumkin等人發(fā)展了電極過(guò)程動(dòng)力學(xué),成為現(xiàn)代電化學(xué)的主體。他的一個(gè)在莫斯科科學(xué)院的年輕同事Benjamin Levich在這個(gè)過(guò)程中,發(fā)明了RDE技術(shù)(旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極),用于電化學(xué)的動(dòng)態(tài)流體動(dòng)力學(xué)研究,其主要是研究機(jī)理的,因?yàn)橐郧暗碾娀瘜W(xué)研究更多是得到結(jié)果,那時(shí)沒(méi)人能弄明白反應(yīng)機(jī)理是什么。Levich研究RDE的時(shí)候,條件很有限,他們用釣魚(yú)線來(lái)做最初的旋轉(zhuǎn)裝置、用拋光大理石地板的方法來(lái)拋光RDE電極。但是當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)被封閉了,他們的成果并沒(méi)有走出蘇聯(lián)的國(guó)門,F(xiàn)rumkin 和 Levich是科學(xué)家呀,他們很盼望和國(guó)外科學(xué)家們交流,就想了個(gè)辦法,把研究成果打零碎在國(guó)內(nèi)申請(qǐng)發(fā)表。1959年終于能夠在西方發(fā)表出來(lái)了。科學(xué)家們都很驚訝蘇聯(lián)科學(xué)家的成就。1962年以后西方科學(xué)家開(kāi)始發(fā)展這個(gè)技術(shù),紐約州立大學(xué)Bruckenstein教授和來(lái)自英國(guó)牛津大學(xué)的John Albery合作,深入研究這個(gè)領(lǐng)域。他們?cè)?965年的夏天一口氣在《Trans. Faraday Soc.》上發(fā)表了7篇經(jīng)典RRDE系列論文,為以后的RRDE研究打下了深厚的理論基礎(chǔ)。 Bruckenstein 和 Albery實(shí)驗(yàn)室起初自己搭建RRDE設(shè)備,但是操作很不方便。 Albery的學(xué)生甚至用腳踏自行車來(lái)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)RRDE。 Bruckenstein 的學(xué)生Duane Napp找到明尼蘇達(dá)大學(xué)的校友、PINE公司的創(chuàng)始人Ted Hines, 問(wèn)他可否制造這個(gè)設(shè)備。出于對(duì)校友的幫助,Hines同意制造。在之后的50年里,PINE售出了幾千個(gè)RDE電極設(shè)備。但是接著科學(xué)家們又面臨另一個(gè)問(wèn)題,就是如何同時(shí)控制盤(pán)和環(huán)。經(jīng)過(guò)科學(xué)家們的努力,最終PINE公司和科學(xué)家們共同制造了可商用的雙恒電位儀。當(dāng)然PINE公司在制造RRDE環(huán)盤(pán)電極, MSR旋轉(zhuǎn)儀, 和雙恒電位儀這些設(shè)備時(shí),并沒(méi)有料到它們?nèi)舾赡旰螅瑫?huì)對(duì)電催化的研究,對(duì)中間產(chǎn)物的研究,對(duì)ORR,OER, HER等等的研究,做出了如此大的貢獻(xiàn)。
從電化學(xué)研究的里程碑,到電催化的研究,MSR的經(jīng)典由此奠定,科研的進(jìn)步就是這樣一點(diǎn)點(diǎn)推動(dòng)了人類的進(jìn)步的。
甲:原來(lái)有這樣的歷史!那么Levich后來(lái)怎么樣了?
乙:Levich的一生就像RDE一樣充滿波折。 Levich在1952年寫(xiě)了一本著名的《 Physicochemical Hydrodynamics》. 1957年,Levich和捷克化學(xué)家Jaroslav Koutecky開(kāi)發(fā)了RDE電流的表達(dá)式Koutecky-Levich公式。1972年他申請(qǐng)全家移民以色列,被蘇聯(lián)政府解除他所有職務(wù),甚至把他兒子派到西伯利亞參軍。西方的科學(xué)家們聯(lián)合起來(lái)聲援他,1977年在牛津大學(xué)為他召開(kāi)了“第一屆物理化學(xué)流體力學(xué)國(guó)際會(huì)議”,邀請(qǐng)他參會(huì),但他被政府限制出行??茖W(xué)家們繼續(xù)呼吁,給蘇聯(lián)政府施壓。1978年,他被批準(zhǔn)了移民以色列,1979年他受紐約市大學(xué)(CUNY)邀請(qǐng)擔(dān)任教授,直到1987年去世。紐約市大學(xué)現(xiàn)在仍然有一個(gè)Benjamin Levich Institute for Physicochemical Hydrodynamics ,就是為了紀(jì)念他。
對(duì)了,關(guān)于Levich的領(lǐng)導(dǎo)弗魯姆金還要提示一句,中國(guó)的查全性院士也是他的學(xué)生。
甲:歷史真是驚人的相似!
乙:是的,歷史就是如此驚人的相似!
甲:那么就是說(shuō)歷史上第一臺(tái)雙恒是PINE制造的嗎?
乙:第一臺(tái)商用的雙恒電位儀,是由PINE公司制造的,是科學(xué)家們?yōu)榱送瑫r(shí)控制盤(pán)和環(huán)而研究設(shè)計(jì)的。
甲:這么牛!難怪可以組CP了
乙:沒(méi)錯(cuò),雙恒和MSR的聯(lián)用有很多細(xì)節(jié),在電催化實(shí)驗(yàn)中是很有必要的。
美國(guó)pine的雙恒圍繞旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)圓環(huán)電極裝置做了很多設(shè)計(jì),專注于讓電催化實(shí)驗(yàn)更便利更省心。自帶11種旋轉(zhuǎn)測(cè)試方法、自帶EIS軟件庫(kù)無(wú)需擬合、DEBE/DECV模塊等“九大功能”。并且在軟件功能上進(jìn)行了多種適配(盤(pán)電極和環(huán)電極任意直流測(cè)試技術(shù),比如恒電流/計(jì)時(shí)電壓、恒電壓/計(jì)時(shí)電流、LSV、CV等自由搭配)。
甲:這樣搭著用有什么好處嗎?
乙:好處那是多多的,由它們組成的CP具有1+1>2的效果,這對(duì)CP是ORR(電催化氧還原)、HER、OER實(shí)驗(yàn)的最佳拍檔。
看,誰(shuí)看了不說(shuō)一句電催化CPszd!
甲:磕到了磕到了,最近正在做這個(gè)課題,跟我詳細(xì)說(shuō)說(shuō)。
乙:那你買杯奶茶給我,我一個(gè)個(gè)講給你聽(tīng),一共九大功能呢!
甲:好!電催化CPyyds!