本次分享一篇由中科院寧波材料所院新能源所研究團(tuán)隊(duì)在《Heliyon》上發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)論文A collector-generator cell for in-situ detection of electrochemically produced H₂。本研究描述了一種用于原位檢測(cè)電化學(xué)產(chǎn)生的氫氣的收集-發(fā)生器（C-G）電池。該電池主要由兩個(gè)涂有鉑納米粒子的氟摻雜錫氧化物（FTO）電極組成，通過(guò)電催化氧化H2產(chǎn)生的電流大小用于定量分析在發(fā)生器處產(chǎn)生的H₂。

研究背景：化石燃料的過(guò)度開(kāi)采和利用導(dǎo)致全球能源危機(jī)，因此，開(kāi)發(fā)清潔、高效的可再生能源變得迫切。氫氣作為一種替代能源，在能源存儲(chǔ)、工業(yè)和交通領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)方法：

• 制備實(shí)驗(yàn)裝置：通過(guò)熱分解還原氯鉑酸在FTO玻璃片上制備Pt納米粒子。

• 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)：使用C-G電池、Ag/AgCl參比電極和鉑絲對(duì)電極，精確量化收集電極的氧化電流和發(fā)生器的還原電流。

• 數(shù)據(jù)分析：根據(jù)法拉第定律估算在發(fā)生器處產(chǎn)生的H₂或在收集器處氧化的H₂的摩爾數(shù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

• C-G電池在設(shè)定的電位下，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生并檢測(cè)H₂，總的法拉第效率約為70%。

• 使用氣相色譜測(cè)量H₂的擴(kuò)散損失，并校準(zhǔn)收集效率。

• 通過(guò)Tafel圖分析了C-G電池的動(dòng)力學(xué)。

結(jié)論：所描述的C-G電池設(shè)計(jì)提供了一種可靠和可重復(fù)的H₂測(cè)定方法，具有快速檢測(cè)H₂的潛力。

微電極在本文中的應(yīng)用：文章中使用了H₂微電極來(lái)監(jiān)測(cè)雙工作電極室中H₂濃度的變化。微電極用于評(píng)估C-G電池的檢測(cè)限和靈敏度。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)發(fā)生器電位設(shè)定在-0.6 V vs. Ag/AgCl時(shí)，H₂濃度在5分鐘內(nèi)達(dá)到了約313 μmol/L，隨后由于H₂從發(fā)生器擴(kuò)散到溶液中，濃度急劇下降。當(dāng)H₂濃度穩(wěn)定在約203 μmol/L時(shí)，設(shè)定收集器電位為0.5 V vs. Ag/AgCl，H₂濃度的下降證明了H₂被氧化為H⁺，并且在8分鐘后保持在45 μmol/L。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，確定了C-G電池的檢測(cè)限約為45 μmol/L，靈敏度約為1 mA/55 μmol L^?1。這表明微電極是作為檢測(cè)和量化C-G電池中H₂濃度變化的重要工具。

智感環(huán)境是國(guó)內(nèi)為數(shù)較少能夠?qū)崿F(xiàn)微電極系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和商業(yè)化推廣的公司，并創(chuàng)新性地推出了微電極多通道分析系統(tǒng)，可以同步高分辨率檢測(cè)pH、DO、Eh、H₂S等多種指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域的彎道超車。Easysensor微電極的設(shè)計(jì)特殊，它的穿刺能力可深入水體、生物膜、顆粒污泥、植物的根莖葉以及液體與固體的擴(kuò)散邊界層，為微生態(tài)和微區(qū)研究提供了強(qiáng)有力的工具。這款微電極的末端細(xì)至微米級(jí)別，在不破壞被測(cè)對(duì)象結(jié)構(gòu)和生理活性的前提下，快速刺入樣品內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)微環(huán)境的精確測(cè)量。