マイクロチューチドガス発生電極の電気化学的に活性な表面積に対する泡の影響

ガス発生電極の性能に対する電気化学的泡の悪影響は広く研究されています。ただし、泡の進化中に気泡が電気化学的に活性な表面積を動的に変化させる方法はよく理解されていません。ここでは、制御されたマイクロテクスチャを使用してこの基本的な関係を調べることにより、産業的に関連する電流密度で水素進化を研究します。驚くべきことに、最も密集したマイクロテクステッド電極は、アクティブな表面積ベースで最も低い性能を持っています。高速イメージングを使用して、マイクロテクスチャの利点がより一貫して小さな泡をより一貫して放出する利点が、より密度の高いマイクロテクスチャ内で成長する気泡によって誘発される不活性化によって上回り、これらの性能の制限を引き起こすことを示します。さらに、現在保持されている仮定に反して、接着された泡の下の領域が電気化学的に活発であることを示しています。したがって、私たちの研究は、貴重な触媒材料の効果的な使用を避けるために、電極設計に幅広い意味を持っています。これは、多孔質電極と高い特定の表面積を持つ3次元構造にとって特に重要です。

The adverse effects of electrochemical bubbles on the performance of gas-evolving electrodes have been extensively studied. However, the ways in which bubbles dynamically alter the electrochemically active surface area during bubble evolution are not well understood. Here, we study hydrogen evolution at industrially relevant current densities by using controlled microtexture to examine this fundamental relationship. Surprisingly, the most densely microtextured electrodes have the lowest performance on an active surface area basis. Using high-speed imaging, we show that the benefits of microtexture to release smaller bubbles more consistently are outweighed by the inactivation induced by bubbles growing within the denser microtexture, causing these performance limitations. Additionally, we show that the area beneath adhered bubbles is electrochemically active, contrary to currently held assumptions. Our study therefore has broad implications for electrode design to avoid ineffective use of precious catalyst materials, which is especially critical for porous electrodes and three-dimensional structures with high specific surface areas.