耗散监测电化学石英晶体微天平(EQCM-D)

电化学石英晶体耗散微天平(EQCM-D)已成为一种强大的电化学原位技术。耗散石英晶体微天平(QCM-D)是一种高灵敏度表面技术，以纳米级的灵敏度实时监测表面发生的变化。当与电化学结合时，它可以提供与发生在电极表面的电子转移过程相关的质量和结构变化的信息，如电聚合、离子插层、腐蚀和电沉积。独特的能力QSense QCM-D在多次谐波下测量数据的技术使粗糙/多孔锂离子电池电极在介观尺度上的表征成为可能(参考文献5-8)。

QSense电化学(EC)模块(QEM 401)便于在同一表面同时进行QCM-D和电化学测量。EQCM-D装置为在不同条件下进行实验提供了很大的灵活性，例如，可以在有机溶剂和其他苛刻的介质中进行实验。使用适当的连接器，整个EQCM-D装置可以放置在手套箱中。QSense提供各种各样的传感器表面随着电极模拟。可根据用户要求定制传感器表面。

表的内容

  1. EQCM-D试验装置
  2. QCM-D光敏实验
  3. 188金宝搏app安卓下载应用EQCM-D
相关的

EQCM-D试验装置

图1显示了QSense探险家(图1A)、QSense EC模块QEM 401(图1B)和安装有EC模块的QSense Explorer腔室(图1C)。QSense EC模块采用三电极结构，传感器表面作为工作电极，铂片作为对电极，定制的低泄漏Ag/AgCl电极作为参考电极。可以将模块配置为与有机溶剂一起使用的定制参考电极。该模块还可以用于两电极配置，通过使用提供的特富龙帽密封参考电极端口。图1b中所示的三个端口用于将三个电极与恒电位器连接。另外两个端口连接进、出油管，实验可以在流量或批处理模式下进行(图1C)。

电化学QCM-D (EQCM-D)设置

图1:(A) QSense Explorer仪器，(B) QSense EC模块QEM 401，和(C) QCM-D电化学设置(Biolin Scientific)

EQCM-D设置原理图

图2:EQCM-D设置示意图

图2中的原理图提供了这个设置的详细图;安装在底部的QSense传感器作为工作电极;利用QCM-D监测传感器晶体的频率(f)和耗散(D)变化，实时测量电化学环境中表面发生的任何变化。铂顶板作为对电极，参考电极安装在离工作电极近(~4- 5mm)的出口流中。

QSense窗口EC模块，QWEM-401

对于光敏EC实验，Biolin科学QWEM 401提供了一个窗口EC模块QWEM 401，该模块配备了一个1毫米厚的蓝宝石玻璃窗口，允许光学访问传感器表面(图3B)。在EC窗口模块的玻璃上溅射一个铂环电极，作为对电极(CE)(图3C)。传感器的上电极作为工作电极(WE)。参考电极(RE)放置在出口流道中。

QSense Window EC模块

图3:(A) QCM-D窗口电化学设置(B) QSense EC-Window模块QWEM (C) QWEM中Pt对电极图，(Biolin科学）

EQCM-D设置允许将QCM-D测量与典型的电化学实验相结合，如循环伏安法(CV)、安培法、伏安法和电化学阻抗谱(EIS)。

图4显示了在QSense金传感器上镀铜和剥铜过程中，电压从+0.3 V到-0.5V以50 mV/s循环4次时采集的QCM-D和EC数据示例。硫酸铜溶液(10mm CuSO40.1 M H2所以4)作为电解质。∆f的减小表示表面质量的增加，∆D的增大表示膜的粘弹性特性。此时的耗散相对于∆f的变化相对较低，说明铜膜已被刚性吸附到表面。镀铜和脱铜过程是可逆的(数据来自Biolin科学)．

QCM-D样品数据和电化学数据

图4频率∆f，耗散∆D和电流I对E在50 mV/s下从+0.3 V到-0.5 V到+0.5 V循环4次的响应

188金宝搏app安卓下载EQCM-D的应用:

EQCM-D的应用在电化学应用的几乎每个领域都在不断增长。例如，储能、聚合物薄膜、生物分子、生物传感器和腐蚀。

能源储存领域十大EQCM-D出版物

EQCM-D已经成功地用于表征储能和转换电极材料。该技术还被用于分析不同条件下固体电解质界面膜(SEI)的形成、生长和力学性能。在不同的电化学条件下，研究了电解质组成、添加剂和污染等变量对电极性能的影响。以下是目前与EQCM-D储能应用相关的十大出版物:188金宝搏app安卓下载

  1. Narayan et al。用QCM-D研究电化学诱导TiO2和碳膜的变化材料科学与工程，2019,47(1):1 - 5。
  2. Zhang et al。锌离子电池用醌聚合物电极的电荷存储机理北京化工大学学报(自然科学版
  3. Shpigel et al。储能电极复杂力学特性的EQCM-D技术:背景和实用指南储能材料，2019,21,399-413。
  4. 北泽阀门等。操作EQCM-D与同步原位EIS:对锂离子电池界面形成的新见解,肛交。化学，2019,91,3,2296 - 2303。
  5. Shpigel et al。基于耗散监测的电化学石英晶体微天平用于电化学能量存储和转换电极的原位实时力学和形态表征, Acc。化学。Res. 2018, 51, 1, 69-79。
  6. 利等。基于EQCM-D的储能与转换电极的原位多孔结构表征研究进展，电化学学报，2017,32,271 -284。
  7. Shpigel et al。多孔储能电极结构表征的原位水动力光谱研究．自然杂志，2016,15,570-575。
  8. 利等。基于耗散监测的石英晶体微天平(EQCM-D)用于超级电容器和电池电极的原位研究:一个小型综述、电化学通讯， 2016, 67, 16-21。
  9. Hubaud et al。基于电化学石英晶体微天平的SiO2在硅阳极上的界面作用研究，无机材料学报，2015,28(6):692 - 698。
  10. 杨et al。用EQCM - D量化Tin阳极界面膜的质量和粘弹性ACS达成。板牙。接口功能，2015,7,26585−26594。

选定聚合物薄膜EQCM-D研究

一些出版物报道了使用EQCM-D来研究电化学引发的聚合物薄膜的成核和生长，以及这些薄膜氧化还原化学过程中带电物种、溶剂和其他中性物质的传输。以下是一些参考书目:

  1. 王等。实时洞察氧化还原活性有机自由基聚合物的掺杂机制，《自然》，2019,18,69-75。
  2. 萨瓦et al。在水溶液中操作的PEDOT:PSS膜的离子-电子耦合效率, j .板牙。化学。C, 2018, 6, 12023。
  3. 佩尔松et al。自掺杂水溶性共轭聚电解质脱离的电子控制， Langmuir 2014, 30, 21, 6257-6266。
  4. 尼尔森等。阳极条件下聚电解质膜生长的电化学石英晶体微天平研究应用化学，2013,36(6):733 - 736。
  5. 施密特et al。电化学控制聚合物纳米复合材料的溶胀和力学性能， ACS Nano, 2009, 3,8,2207 - 2216。

生物传感器和生物分子吸附的EQCM-D

EQCM-D在生物传感器领域的应用实例188金宝搏app安卓下载，生物分子被吸附到表面，涉及偏压表面和监测氧化还原蛋白、细胞、DNA等生物分子的反应

  1. Aruã C. da Silva等。电化学石英晶体微天平耗散研究纤维连接蛋白吸附动力学驱动电刺激在导电和部分生物可降解共聚物生物工程学报，2020,15,021003。
  2. 吴志光等，带电两性离子导电聚合物上不同寻常的蛋白质吸附行为的原位探测先进材料界面，2020
  3. 全雪灵等。利用电化学石英晶体微天平(EQCM-D)原位监测DNA相关过程的电位增强化学学报，2014,48 (4):497 - 503

使用EQCM-D进行腐蚀

有许多出版物报道了电化学QCM-D用于研究表面腐蚀。下面的文章报道了使用EQCM-D分析聚合物电解质膜(PEM)燃料电池中的电极腐蚀。

  1. Wickman, B, Grönbeck, H, Hanarp, P，和Kasemo, B。电化学石英晶体微天平测量Pt/C模型电极的腐蚀降解《电化学学报》，2012(4)，592- 598(2010)。

上面列出的示例包括许多常见的EQCM-D技术应用程序。188金宝搏app安卓下载我们可能还错过了许多其他应用程序。188金宝搏app安卓下载如果你有其他的EQCM-D例子，请告诉我联系我们知道，我们可以把他们列入我们的名单。

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