电化学知识

ECSA 是指什么？

Electrochemical Active Surface Area （ECSA）是指电化学活性面积，即参与电化学反应的有效面积。电活性面积对于(ECSA)归一化电流，计算电化学反应的动力学参数至关重要！比如，在腐蚀研究中，当ECSA可以归一化时，腐蚀研究的速率变得非常有意义。在能源研究中，如氢析出反应(HRE)，氢氧化反应(HOR), 氧析出反应 (OER)和氧还原反应 (ORR)等被广泛的进行研究。对于这些催化反应研究中，ECSA的精确测量对于催化活性的研究尤为重要，因为这样真实的反应动力学才能够被确定。但准确测量这些电极材料的ECSA非常有挑战。因为会涉及到电极、催化剂形状，电解液反应，表面吸附，非法拉第反应过程等诸多因素。

ECSA用什么方法来测？

大多数值得信赖的ECSA测试方法，都基于溶液中电极表面特定吸附的离子或者气体(如溶液中Pt表面，吸附的一氧化碳或者氢气)此外，欠电位沉积(UPD)也被用于测试电极表面面积。施加电压改变电极的氧化态也可以用于测量ECSA。但是，这些方法都有一定的选择性，仅适用于特定材料。常用方法为比表面积测试法(BET), 即在接近真空条件下的气体吸附量。但是，对于这个方法，需要样品的比表面积在几个平方米每克量级，才可以达到一定信号强度。因此，BET适合于非常细小的粉末不适用于面积较小的电极。

目前来说，双电容层测量法(DLC) ，被公认为比较合理的，可用于测试ECSA的方法。然而，BET与DLC测试的结果，会有几个数量级的差异。

ECSA如何准确测量?

目前来说，CV和EIS是测试DLC计算ECSA*可靠的方式。请注意CV是指linear scan CV哦，非一般的staircase CV 。更多关于Linear scan CV 和Staircse CV的说明请参考下列信息。

linear Scan CV vs Staircase CV

CV计算ECSA

EIS 计算ECSA

CV与EIS结果对比

参考资料

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