光電化學(PEC)水分解是一種將太陽能直接轉(zhuǎn)化為氫能的綠色技術(shù)，其核心在于光陽極/光陰極與電解質(zhì)界面處發(fā)生的復雜電荷轉(zhuǎn)移與表面反應。然而，該界面在光照和偏壓作用下動態(tài)演化，涉及催化劑沉積、氧化物形成、氣泡生成及腐蝕等多重過程，傳統(tǒng)表征手段難以實現(xiàn)原位、實時、高靈敏的質(zhì)量變化監(jiān)測。在此背景下，EQCM石英晶體微天平憑借其納克級質(zhì)量分辨能力與電化學兼容性，展現(xiàn)出獨特而重要的研究潛力。
EQCM基于石英晶體的壓電效應，通過監(jiān)測共振頻率變化(Δf)來反映電極表面質(zhì)量的微小改變(Sauerbrey方程)。在PEC水分解過程中，EQCM可實時追蹤光陽極(如BiVO?、Fe?O?或TiO?)在光照下的表面重構(gòu)、氧析出反應(OER)中間體吸附、催化劑(如NiFe-LDH)的電沉積行為，甚至氧氣氣泡成核對有效質(zhì)量的影響。例如，在Co-Pi助催化劑修飾過程中，EQCM能夠精確量化催化劑負載量與光電流提升之間的定量關系，為優(yōu)化界面工程提供依據(jù)。
更進一步，EQCM還能揭示非理想現(xiàn)象，如光腐蝕導致的材料溶解(表現(xiàn)為質(zhì)量損失)或電解質(zhì)離子嵌入引起的“偽質(zhì)量”變化。結(jié)合恒電位/恒電流、循環(huán)伏安及光電流響應，EQCM實現(xiàn)了“電-光-質(zhì)”三重信號同步采集，有助于解耦復雜的界面動力學過程。此外，通過在不同pH或電解質(zhì)中開展EQCM實驗，還可評估材料在真實工作環(huán)境下的穩(wěn)定性。
盡管EQCM在液體環(huán)境中受粘彈性效應影響需謹慎解析數(shù)據(jù)，且對氣泡附著等非剛性質(zhì)量變化存在局限，但其與原位光譜(如拉曼、XAS)或顯微技術(shù)聯(lián)用，正逐步構(gòu)建多維界面表征平臺。未來，隨著微型化、陣列化EQCM探頭的發(fā)展，其在高通量篩選光催化材料、理解載流子-離子耦合機制等方面將發(fā)揮更大作用。
綜上所述，EQCM石英晶體微天平為光電化學水分解界面過程提供了不可替代的原位質(zhì)量視角，是深入理解反應機理、指導高效穩(wěn)定光電極設計的關鍵工具之一。
微信公眾號
訪問手機端
