B. KonkenaとW. Schuhmannに貴重な科学的討論をさせていただきました。化学産業の池（Liebig grant to U.-PA）とDeutsche Forschungsgemeinschaft（U.-PA、AP242 / 2-1へのEmmy Noether付与）による資金援助。

1. Fe 4.5 Ni 4.5 S 8の高温合成注記：Fe 4.5 Ni 4.5 S 8の合成の本明細書に記載の手順は、文献から採用されている。報告された加熱ランプの厳密な適用は、シリカアンプルの相不純物および欠陥の形成を防止するために非常に重要である。 <ol><li>モルタル中で鉄（1.66g、29.8mmol）、ニッケル（1.75g、29.8mmol）および硫黄（1.70g、53.1mmol）を完全に混合し、混合物をシリカアンプル（直径10mm）に移す。 </li><li>アンプルを一晩10 -2 mbarで排気する。 </li><li>アンプルを密封し、管状炉に入れます。 </li><li>室温（RT）から5℃/分で700℃まで温度を上げ、その後3時間等温工程を行う。 </li><li> 30分以内に温度を1100°Cに上昇させ、k10時間等温にしてください。 </li><li>炉を停止してサンプルをゆっくりとRTまで冷却する。アンプルを割って固体生成物を集める。 Fe 4.5 Ni 4.5 S 8はシリカガラスの破片から完全に分離してください。 </li></ol> 2.物理的特性<ol><li>試料ホルダー上に10mm×5mm×3mmのFe 4.5 Ni 4.5 S 8岩をマウントし、SEM装置の真空チャンバーに入れる。 SEM画像を650k倍および6,500倍の倍率で20kVで記録する。同時に、4.4kVでEDX分析に同じサンプルを使用します。 </li><li> PXRDデータの収集には、Fe 4.5 Ni 4.5 S 8の微粉砕粉末を塗布し、シリコングリースを使用してアモルファスシリコンウェーハにマウントします。ウェハをサンプルホルダーにマウントし、Cu-Kα線（λ=1.5418Å）を使用して、5秒間に0.03°の走査速度で10-50°の連続走査モードでデータを収集する。 </li&gt; <li>メスバウアー（Mössbauer）分析では、細かく粉砕した粉末を使用し、ポリオキシメチレン（POM）カップに入れる。 Rhマトリックス中の57 Co放射源を用いて25℃でゼロ磁場メスバウアースペクトルを記録する。 </li><li> DSC分析のために、細かく粉砕した粉末を風袋計量したα-Al 2 O 3るつぼに入れる。加熱と冷却の曲線を10℃/分の速度で記録するRT~1000℃の範囲でDSC測定を行います。高純度窒素の流れの下で実験を行う。 </li></ol> 3.「岩石」電極の準備<ol><li>銅線をワイヤフェルールに半田付けする。 </li><li> Fe 4.5 Ni 4.5 S 8バルク材をより小さな部分（約5 mm x 5 mm x 5 mm）に切断します。 </li><li>フェルールにFe 4.5 Ni 4.5 S 8の小さなピースを、 2mmの材料がフェルールの外にはみ出す。 </li><li>フェラルと銅線をマントルでテフロン（登録商標）チューブ100mm。 </li><li>電極の先端を二成分エポキシド接着剤でシールし、周囲条件下で電極を一晩乾燥させる。 </li><li> Fe 4.5 Ni 4.5 S 8の光沢のある表面（メタリックフィニッシュ）が露出するまで先端を削ります。滑らかな表面を得るために、細かい等級のサンドペーパー（20,14,3および1μmグリット）でさらに研磨する。 </li><li>脱イオン水で表面を掃除し、空気で乾燥させます。 </li></ol> 4.「ペレット」電極の調製注：真ちゅう製ロッド付きカスタムメイドのテフロン（登録商標）ケーシングを、「ペレット」電極（直径3mm）の接点として使用した。 <ol><li> 50mgの材料を粉砕して、Fe 4.5 Ni 4.5 S 8材料の微粉末を得る。 </li><li>細かく粉砕した粉末を圧縮ツール（直径3mm）に充填し、800kg / cm 2の最大重量の力で材料をプレスする。 </li><li>ペルを削除する距離ホルダーを使用して型から離します。 </li><li>テフロン（登録商標）ケースのキャビティ内の黄銅ロッドに二成分の銀エポキシド接着剤を塗布する。テフロンケーシングの先端の汚染を避けてください。 </li><li>ペレットをテフロンケーシングに入れます。ペレットの平らな面は〜1 mmのところにはみ出ていなければなりません。 </li><li>テフロンケースの汚染を紙のティッシュで取り除きます。 </li><li>黄銅線とFe 4.5 Ni 4.5 S 8ペレットとの接触を、適切な導電性を確保するために電圧計で確認します。 </li><li> 60℃で2液接着剤を12時間硬化させた後、電極を周囲温度まで冷却する。 </li><li>サンドペーパー（20,14,3および1μmグリット）で電極を研磨して、テフロンケース内に光沢のある平らな表面を得る。 </li><li>脱イオン水で表面を洗浄し、周囲条件で乾燥させます。 </li></ol> 5.電極の電気化学試験注：体験Fe 4.5 Ni 4.5 S 8電極を作用電極として使用し、Ag / AgCl（飽和KClまたは3M KCl溶液）電極を参照電極として使用し、PtワイヤまたはPt-グリッドを対電極として使用する標準的な3電極構成。全ての電気化学的実験のために、攪拌棒を備えた気密セルに0.5MH SOからなる電解質を充填した。電解質は、電極の電気化学試験中に交換されなかった。特記しない限り、すべての電位は、E RHE = E Ag / AgCl + X + 0.059pH = 0.197V（飽和KCl）またはX = 0.210V（3M KCl）に従って、E RHE （RHE =可逆的水素電極）さもないと。 <ol><li> 予備的なステップ <ol><li> 3つの電極すべてをポテンシオスタットのワイヤで接続します。 </li><li> 25mLの電解液（0.5MH 2 SO 4 ）を電気化学セルに加え、電気電極が溶液中に完全に浸漬されることを確実にすることである。その後、ポテンシオスタットをオンにします。 </li><li>磁気攪拌を入れます。 </li></ol></li><li> 電極表面の電気化学的洗浄 <ol><li>観測可能な電気化学的プロセスについての迅速な概観を得るために、サイクリックボルタンメトリー（CV）実験を行う。 </li><li>電位範囲を0.2〜-0.2 Vに設定し、スキャン速度を100 mV / s（非触媒電位域）に設定します。さらに、サイクル数を20に設定します。 </li><li>サイクリングプロセスを開始し、最後のサイクルが終了するまで待ちます。少なくとも最後の3〜4回のサイクルが一致すると、電気化学的電極クリーニングが完了する。発散の場合、安定した曲線が得られるまで、より多くのサイクルを加える。 </li></ol></li><li> 触媒性能の測定 - 線形掃引ボルタンメトリー <ol><li>実験を開始する前に、 i R補償値fまたは電気化学的な構成である。 </li><li>リニアスイープボルタンメトリー（LSV）実験のプログラムを選択し、実験へのI Rドロップを含めて、0.2〜-0.6 Vの電位範囲と5 mV / sまでのスキャンレートを設定します。実験を開始します。 </li><li>リニアスイープ実験を繰り返して再現性を確認します。再現性のない結果が得られた場合は、ステップ5.2からやり直してください。 </li></ol></li><li> 安定性の測定と定量 <ol><li>制御された潜在的電量測定実験（CPC）を行う。 </li><li>電位を少なくとも-0.6Vに設定し、少なくとも20時間（72,000秒）の実験時間を要する。 </li><li>シールされたセルのヘッドスペースから気密シリンジを用いて、少なくとも4時間の実験の間、毎時間、セプタムを通して気体試料を同時に収集する。サンプルを定量用GC装置に注入し、この装置に記録された検量線を使用して生成された水素の量を決定する。 </li></ol></li><l電気化学的表面積（ESCA）の推定は、 注：この実験中は電解液を攪拌しないでください。 <ol><li>溶液の抵抗を測定するためのI R補正を決定します。 </li><li>サイクリックボルタンメトリー実験で0.1Vと0Vの間の電位範囲を選択し、スキャンレートを10mV s -1に設定します。 i Rドロップ補正を使用します。実験のサイクル数を5に設定します。 </li><li> 20,30,40,50および60mV s -1の走査速度について、ステップ5.4.1）〜5.4.2）を繰り返す。 </li><li>得られたCV曲線から、さらなる解釈のために第5サイクルを選択する。 </li><li>充電電流密度差（Δj= j a j c ）を決定し、これらの値を走査速度の関数としてプロットする。直線勾配は、電気化学的表面積（ECSA）に比例する二重層静電容量C dlの 2倍に相当する。 </li></ol></li><li> エル電気化学インピーダンス分光法（EIS） <ol><li>対応する開放回路電位および過電圧0.3Vで、50kHzから1Hzの周波数範囲で電気化学インピーダンススペクトルを記録する。 </li><li>受け取ったデータからナイキストプロットをプロットして、電荷移動抵抗を決定します。 </li></ol></li></ol>

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	<li>May, M. M., Lewerenz, H. -. J., Lackner, D., Dimroth, F., Hannappel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+direct+solar-to-hydrogen+conversion+by+in+situ+interface+transformation+of+a+tandem+structure.">Efficient direct solar-to-hydrogen conversion by in situ interface transformation of a tandem structure.</a> Nat Comm. 6, 8286 (2015).</li><li>Sheng, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlating+hydrogen+oxidation+and+evolution+activity+on+platinum+at+different+pH+with+measured+hydrogen+binding+energy.">Correlating hydrogen oxidation and evolution activity on platinum at different pH with measured hydrogen binding energy.</a> Nat Comm. 6, 5848 (2015).</li><li>Li, X., Hao, X., Abudula, A., Guan, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanostructured+catalysts+for+electrochemical+water+splitting:+Current+state+and+prospects.">Nanostructured catalysts for electrochemical water splitting: Current state and prospects.</a> J. 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著者は何も開示することはない。

Fe 4.5 Ni 4.5 S 8の合成は、合成中の材料の酸化を防ぐために、真空密封アンプル中で行った。合成中、温度制御は純粋な生成物を得るための鍵である。第1の非常に遅い加熱工程により、硫黄の過熱が防止され、高い硫黄圧によるアンプルの割れを引き起こす可能性がある。さらに重要なことは、サンプルのゆっくりとした加熱による一硫化物固溶体（mss）のような相不...

太陽光や風力エネルギーのような変動する再生可能エネルギー源の貯蔵は、化石燃料の漸進的な退色とその後の代替エネルギー源の必要性のために重要な社会的関心事である。この点で、水素は、きれいな燃焼プロセスのために、分子エネルギー貯蔵溶液の有望な持続可能な候補である。さらに水素は燃料として、またはより複雑な燃料、 例えばメタノールのための出発物質として使用することができる。炭素中性資源を使用する水素の容易な合成のための好ましい方法は、持続可能なエネルギーを用いた水の電気化学的還元である。 現在、白金およびその合金は、低過電圧、高速反応速度および高電流密度での動作を示す水素発生反応（HER）のための最も有効な電極触媒であることが知られている。しかし、その高い価格と低い天然存在量のために、三元非貴金属触媒が必要である。膨大な量の代替的な非貴金属遷移金属触媒のうち、 3つの特に遷移金属ジカルコゲナイド（MX 2 ; M =金属; X = S、Se）が高いHER活性を有することが示されている。この点に関して、我々は最近、耐久性があり活発な「岩石」HER電極触媒として、Fe 4.5 Ni 4.5 S 8を提示した。この天然に豊富な物質は、酸性条件下で安定であり、明確な触媒活性表面を有する高い固有の導電性を示す。 8 高いHER活性を有する多数の材料が報告されているが、電極の調製には、再現性および満足のいく安定性（&gt; 24時間）などの複数の問題が伴うことが多い。その他yでは、遷移金属ベースの触媒のバルクにおける固有の導電率が通常高いので、電極調製は、効率的な電子移動を可能にするナノ構造触媒を必要とする。次いで、これらの触媒を、ナフィオン（Nafion）および触媒のような結合剤を含有する触媒インクに変換する。その後、インクは不活性電極表面（ 例えば、ガラス状炭素）上に滴下被覆される。低電流密度で適度に安定であるのに対して、電極支持体上の接触抵抗の増加および触媒の穏やかな接着は、通常、高電流密度で観察される。したがって、より十分な調製方法および電極材料の必要性が明らかである。 このプロトコルは、バルク材料を使用して、耐久性が高く費用効果の高い電極のための新規な調製手順を提示する。このような電極の前提条件は、固有抵抗が低いことである。 Fe 4.5 Ni 4.5 S 8 fulこの基準を満たし、密封シリカアンプル中での単純な高温合成によって要素から得ることができる。得られた材料は、粉末X線回折測定（PXRD）、示差走査熱量測定（DSC）、走査電子顕微鏡（SEM）およびエネルギー分散X線分光法（EDX）を用いて、その構造、形態および組成に関して特徴付けられる。合成された材料は、2つのタイプのバルク電極、すなわち「岩石」および「ペレット」電極を与えるように処理される。次いで、標準電気化学試験およびガスクロマトグラフ（GC）によるH 2定量を使用して、両方の電極タイプの性能を調べる。一般的に使用される液滴コーティング実験と比較して、両方のタイプの電極の性能の比較を示す。

<table><tbody><tr><td>Iron, powder</td><td>Sigma-Aldrich, http://www.sigmaaldrich.com</td><td>12310-500G-R</td><td></td></tr><tr><td>Nickel, powder</td><td>Sigma-Aldrich, http://www.sigmaaldrich.com</td><td>203904-25G</td><td>H: 351-372-317-412;&lt;br/&gt; P: 281-273-308-313-302+352</td></tr><tr><td>Sulfur, powder</td><td>Sigma-Aldrich, http://www.sigmaaldrich.com</td><td>13803-1KG-R</td><td>H: 315</td></tr><tr><td>Silver Epoxy Glue EC 151 L</td><td>Polytec PT, http://www.polytec-pt.de/de/</td><td>161010-1</td><td>-</td></tr><tr><td>Two Component Epoxy Glue Uhu Plus Endfest</td><td>Uhu, http://www.uhu.com</td><td>-</td><td>&amp;nbsp;H: 315-319-317-411;&lt;br/&gt; &amp;nbsp;P: 101-102-261-272-280-302+352-333+313-362-363-305+351+338-337+313</td></tr><tr><td>Sulfuric Acid &gt;95%</td><td>VWR, https://ru.vwr.com</td><td>231-639-5</td><td>H: 290-314;&lt;br/&gt; S: (1/2)-26-30-45</td></tr><tr><td>PTFE Tube</td><td>-</td><td>-</td><td>Prepare 8 cm long peaces</td></tr><tr><td>Iron Sleeves</td><td>-</td><td>-</td><td>Connect to the copper wire</td></tr><tr><td>Copper Wire</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Lapping Film 3&amp;micro;m, 215.9 mm x 279 mm</td><td>3M, http://3mpro.3mdeutschland.de</td><td>60-0700-0232-8</td><td>Polish with a small amount of water</td></tr><tr><td>Lapping Film 1&amp;micro;m, 215.9 mm x 279 mm</td><td>3M, http://3mpro.3mdeutschland.de</td><td>60-0700-0266-6</td><td>Polish with a small amount of water</td></tr><tr><td>Sand Paper 20 &amp;micro;m, SiC</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Sand Paper 14 &amp;micro;m, SiC</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Dremel Model 225</td><td>Dremel, https://www.dremeleurope.com</td><td>2615022565</td><td>Use grinding pulley wheel for cutting&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Hand Made Pellet Press</td><td>Hand Made</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Stirring Plate</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>GAMRY Reference 600</td><td>GAMRY Instruments, https://www.gamry.com</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Gero Furnace 30-3,000 &amp;deg;C</td><td>http://www.carbolite-gero.de</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Quartz glass ampule</td><td>Hand Made</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Vacuum pump</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>Hydraulic press</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td></tr></tbody></table>

simple methods for the preparation of non-noble metal bulk-electrodes for electrocatalytic applications

Fe 4.5 Ni 4.5 S 8組成の岩石ペントラン石は、元素からの高温合成によって合成された。粉末X線回折（PXRD）、メスバウアー分光法（MB）、走査型電子顕微鏡（SEM）、示差走査熱量測定（DSC）およびエネルギー分散型X線分光法（EDX）によって構造および組成を特徴付けた。ペントランナイトバルク電極の2つの調製方法が提示されている。第1のアプローチでは、合成ペントランダイト岩片をワイヤフェルールを介して直接接触させる。第2のアプローチは、テフロン（登録商標）のケーシングに固定化された細かく粉砕された粉末から圧縮されたペンタランド石ペレットを利用する。両方の電極は、添加剤を含まない方法によって調製されているが、一般的な液滴コーティング法と比較して、電極触媒転化中に高い耐久性を示す。本明細書では、このような電極の顕著な性能を示して、電気化学的およびガスクロマトグラフィー法による電極触媒性能を評価するための標準化された方法を提示する。さらに、産業関連の条件下で電解中の電極の材料限界を調べるために、0.6Vの過電圧での定電位法による安定性試験を報告する。

（111）、（311）、（222）、（331）および（511）の顕著な反射が存在するために、粉末X線回折実験によって確認された（ペンタランド石構造を有するFe 4.5 Ni 4.5 S 8の合成の成功は、 図1a ）。しかしながら、反応中の適切な温度制御は、相純物質を得るための鍵である。特に、混合物をより高い加熱速度（例えば、20℃/分?...

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Simple Methods for the Preparation of Non-noble Metal Bulk-electrodes for Electrocatalytic Applications

バルク材料Fe 4.5 Ni 4.5 S 8を用いた電極の容易な製造法が提示されている。この方法は、従来の電極製造に代わる技術を提供し、直接的な電極触媒試験方法を含む非従来の電極材料の前提条件を記載する。

電気化学的応用のための非貴金属バルク電極の調製のための簡単な方法

The rock material pentlandite with the composition Fe4.5Ni4.5S8 was synthesized via high temperature synthesis from the elements. The structure and ...

simple-methods-for-preparation-non-noble-metal-bulk-electrodes-for

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

11.4K ビュー.  Ruhr-University Bochum. バルク材料Fe 4.5 Ni 4.5 S 8を用いた電極の容易な製造法が提示されている。この方法は、従来の電極製造に代わる技術を提供し、直接的な電極触媒試験方法を含む非従来の電極材料の前提条件を記載する。 

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On the Preparation and Testing of Fuel Cell Catalysts Using the Thin Film Rotating Disk Electrode Method

We present a step-by-step tutorial to prepare proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) catalysts, consisting of Pt nanoparticles (NPs) supported on a high surface area carbon, and to test their performance in thin film rotating disk electrode (TF-RDE) measurements. The TF-RDE methodology is widely used for catalyst screening; nevertheless, the measured performance sometimes considerably differs among research groups. These uncertainties impede the advancement of new catalyst materials and, consequently, several authors discussed possible best practice methods and the importance of benchmarking.
The visual tutorial highlights possible pitfalls in the TF-RDE testing of Pt/C catalysts. A synthesis and testing protocol to assess standard Pt/C catalysts is introduced that can be used together with polycrystalline Pt disks as benchmark catalysts. In particular, this study highlights how the properties of the catalyst film on the glassy carbon (GC) electrode influence the measured performance in TF-RDE testing. To obtain thin, homogeneous catalyst films, not only the catalyst preparation, but also the ink deposition and drying procedures are essential. It is demonstrated that an adjustment of the ink&#39;s pH might be necessary, and how simple control measurements can be used to check film quality. Once reproducible TF-RDE measurements are obtained, determining the Pt loading on the catalyst support (expressed as Pt wt%) and the electrochemical surface area is necessary to normalize the determined reaction rates to either surface area or Pt mass. For the surface area determination, so-called CO stripping, or the determination of the hydrogen underpotential deposition (Hupd) charge, are standard. For the determination of the Pt loading, a straightforward and cheap procedure using digestion in aqua regia with subsequent conversion of Pt(IV) to Pt(II) and UV-vis measurements is introduced.

Preparing and testing Pt/C fuel cell catalysts is subject to continuous discussion in the scientific community with respect to reproducibility and best practice. With the presented work, we intend to present a step-by-step tutorial to make and test Pt/C catalysts, which can serve as benchmark for novel catalyst systems.

準備および薄膜回転ディスク電極法を用いた燃料電池触媒のテストに

We present a step-by-step tutorial to prepare proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) catalysts, consisting of Pt nanoparticles (NPs) supported on a ...

環境学

Self-standing Electrochemical Set-up to Enrich Anode-respiring Bacteria On-site

Anaerobic respiration coupled with electron transport to insoluble minerals (referred to as extracellular electron transport [EET]) is thought to be critical for microbial energy production and persistence in many subsurface environments, especially those lacking soluble terminal electron acceptors. While EET-capable microbes have been successfully isolated from various environments, the diversity of bacteria capable of EET is still poorly understood, especially in difficult-to-sample, low energy or extreme environments, such as many subsurface ecosystems. Here, we describe an on-site electrochemical system to enrich EET-capable bacteria using an anode as a respiratory terminal electron acceptor. This anode is connected&#160;to a cathode capable of&#160;catalyzing abiotic oxygen reduction. Comparing this approach with electrocultivation methods that use a potentiostat for poising the electrode potential, the two-electrode system does not require an external power source. We present an example of our on-site enrichment utilized in an alkaline pond at the Cedars, a terrestrial serpentinization site in Northern California. Prior attempts to cultivate mineral reducing bacteria were unsuccessful, which is likely due to the low-biomass nature of this site and/or the low relative abundance of metal reducing microbes. Prior to implementing our two-electrode enrichment, we measured the vertical profile of dissolved oxygen concentration. This allowed us to place the carbon felt anode and platinum-electroplated carbon felt cathode at depths that would support anaerobic and aerobic processes, respectively. Following on-site incubation, we further enriched the anodic electrode in the laboratory and confirmed&#160;a distinct microbial community compared to the surface-attached or biofilm communities normally observed at the Cedars. This enrichment subsequently led to the isolation of the first electrogenic microbe from the Cedars. This method of on-site microbial enrichment has the potential to greatly enhance the isolation of EET-capable bacteria from low biomass or difficult to sample habitats.

On-site microbial enrichment or in situ cultivation techniques can facilitate the isolation of difficult-to-culture microbial taxa, especially from low-biomass or geochemically extreme environments. Here, we describe an electrochemical set-up without using an external power source to enrich microbial strains that are capable of extracellular electron transport (EET).

敷地内に陽極 respiring 細菌を豊かに自立の電気化学的セットアップ

Anaerobic respiration coupled with electron transport to insoluble minerals (referred to as extracellular electron transport [EET]) is thought to be ...

Synthesis of Platinum-nickel Nanowires and Optimization for Oxygen Reduction Performance

Platinum-nickel (Pt-Ni) nanowires were developed as fuel cell electrocatalysts, and were optimized for the performance and durability in the oxygen reduction reaction. Spontaneous galvanic displacement was used to deposit Pt layers onto Ni nanowire substrates. The synthesis approach produced catalysts with high specific activities and high Pt surface areas. Hydrogen annealing improved Pt and Ni mixing and specific activity. Acid leaching was used to preferentially remove Ni near the nanowire surface, and oxygen annealing was used to stabilize near-surface Ni, improving durability and minimizing Ni dissolution. These protocols detail the optimization of each post-synthesis processing step, including hydrogen annealing to 250 &#176;C, exposure to 0.1 M nitric acid, and oxygen annealing to 175 &#176;C. Through these steps, Pt-Ni nanowires produced increased activities more than an order of magnitude than Pt nanoparticles, while offering significant durability improvements. The presented protocols are based on Pt-Ni systems in the development of fuel cell catalysts. These techniques have also been used for a variety of metal combinations, and can be applied to develop catalysts for a number of electrochemical processes.

&#160; The protocol describes the synthesis and electrochemical testing of platinum-nickel nanowires. Nanowires were synthesized by the galvanic displacement of a nickel nanowire template. Post-synthesis processing, including hydrogen annealing, acid leaching, and oxygen annealing were used to optimize nanowire performance and durability in the oxygen reduction reaction.

ナノワイヤーの合成プラチナ ニッケルと酸素還元性能の最適化

Platinum-nickel (Pt-Ni) nanowires were developed as fuel cell electrocatalysts, and were optimized for the performance and durability in the oxygen ...

化学

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

This protocol presents both the synthesis method of the Ni single atom catalyst, and the electrochemical testing of its catalytic activity and selectivity in aqueous CO2 reduction. Different from traditional metal nanocrystals, the synthesis of metal single atoms involves a matrix material that can confine those single atoms and prevent them from aggregation. We report an electrospinning and thermal annealing method to prepare Ni single atoms dispersed and coordinated in a graphene shell, as active centers for CO2 reduction to CO. During the synthesis, N dopants play a critical role in generating graphene vacancies to trap Ni atoms. Aberration-corrected scanning transmission electron microscopy and three-dimensional atom probe tomography were employed to identify the single Ni atomic sites in graphene vacancies. Detailed setup of electrochemical CO2 reduction apparatus coupled with an on-line gas chromatography is also demonstrated. Compared to metallic Ni, Ni single atom catalyst exhibit dramatically improved CO2 reduction and suppressed H2 evolution side reaction.

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

Here, we present a protocol for the synthesis and electrochemical testing of transition metal single atoms coordinated in graphene vacancies as active centers for selective carbon dioxide reduction to carbon monoxide in aqueous solutions.

合成と電気化学的 CO2削減のため単一原子の遷移金属触媒の性能評価

This protocol presents both the synthesis method of the Ni single atom catalyst, and the electrochemical testing of its catalytic activity and selectivity ...

A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various precursor noble metal ions with reducing agents in a 1:1 (v/v) ratio results in the formation of metal gels within seconds to minutes compared to much longer synthesis times for other techniques such as sol-gel. Conducting the reduction step in a microcentrifuge tube or small volume conical tube facilitates a proposed nucleation, growth, densification, fusion, equilibration model for gel formation, with final gel geometry smaller than the initial reaction volume. This method takes advantage of the vigorous hydrogen gas evolution as a by-product of the reduction step, and as a consequence of reagent concentrations. The solvent accessible specific surface area is determined with both electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. After rinsing and freeze drying, the resulting aerogel structure is examined with scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, and nitrogen gas adsorption. The synthesis method and characterization techniques result in a close correspondence of aerogel ligament sizes. This synthesis method for noble metal aerogels demonstrates that high specific surface area monoliths may be achieved with a rapid and direct reduction approach.

A rapid, direct solution-based reduction synthesis method to obtain Au, Pd, and Pt aerogels is presented.

Au、Pd、およびソリューションに基づく還元を介して Pt エアロゲルの迅速合成法

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various ...

Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and subsequent safety issues becomes increasingly important. In a Li-ion cell setup, the voltage measurement across the positive and negative terminals inherently includes the effect of the cathode and anode which are coupled and sum to the total cell performance. Accordingly, the ability to monitor the degradation aspects associated with a specific electrode is extremely difficult because the electrodes are fundamentally coupled. A three-electrode setup can overcome this problem. By introducing a third (reference) electrode, the influence of each electrode can be decoupled, and the electrochemical properties can be measured independently. The reference electrode (RE) must have a stable potential that can then be calibrated against a known reference, for example, lithium metal. The three-electrode cell can be used to run electrochemical tests such as cycling, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Three-electrode cell EIS measurements can elucidate the contribution of individual electrode impedance to the full cell. In addition, monitoring the anode potential allows the detection of electrodeposition due to lithium plating, which can cause safety concerns. This is especially important for the fast charging of Li-ion batteries in electric vehicles. In order to monitor and characterize the safety and degradation aspects of an electrochemical cell, a three-electrode setup can prove invaluable. This paper aims to provide a guide to constructing a three-electrode coin cell setup using the 2032-coin cell architecture, which is easy to produce, reliable, and cost-effective.

Three-electrode cells are useful in studying the electrochemistry of lithium-ion batteries. Such an electrochemical setup allows the phenomena associated with the cathode and anode to be decoupled and examined independently. Here, we present a guide for construction and use of a three-electrode coin cell with emphasis on lithium plating analytics.

3 電極コイン セル準備およびリチウム イオン電池用電着分析

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and ...

工学

A Continuous-flow Photocatalytic Reactor for the Precisely Controlled Deposition of Metallic Nanoparticles

In this work, a novel photocatalytic reactor for the pulsed and controlled excitation of the photocatalyst and the precise deposition of metallic nanoparticles is developed. Guidelines for the replication of the reactor and its operation are provided in detail. Three different composite systems (Pt/graphene, Pt/TiO2, and Au/TiO2) with monodisperse and uniformly distributed particles are produced by this reactor, and the photodeposition mechanism, as well as the synthesis optimization strategy, are discussed. The synthesis methods and their technical aspects are described comprehensively. The role of the ultraviolet (UV) dose (in each excitation pulse) on the photodeposition process is investigated and the optimum values for each composite system are provided.

For a continuous and scalable synthesis of noble-metal-based nanocomposites, a novel photocatalytic reactor is developed and its structure, operation principles, and product quality optimization strategies are described.

金属ナノ粒子の正確に制御された沈着量の連続的な流れの光触媒反応

In this work, a novel photocatalytic reactor for the pulsed and controlled excitation of the photocatalyst and the precise deposition of metallic ...

Electrochemical Roughening of Thin-Film Platinum Macro and Microelectrodes

This protocol demonstrates a method for electrochemical roughening of thin-film platinum electrodes without preferential dissolution at grain boundaries of the metal. Using this method, a crack free, thin-film macroelectrode surface with up to 40 times increase in active surface area was obtained. The roughening is easy to do in a standard electrochemical characterization laboratory and incudes the application of voltage pulses followed by extended application of a reductive voltage in a perchloric acid solution. The protocol includes the chemical and electrochemical preparation of both a macroscale (1.2 mm diameter) and microscale (20 &#181;m diameter) platinum disc electrode surface, roughening the electrode surface and characterizing the effects of surface roughening on electrode active surface area. This electrochemical characterization includes cyclic voltammetry and impedance spectroscopy and is demonstrated for both the macroelectrodes and the microelectrodes. Roughening increases electrode active surface area, decreases electrode impedance, increases platinum charge injection limits to those of titanium nitride electrodes of same geometry and improves substrates for adhesion of electrochemically deposited films.

This protocol demonstrates a method for electrochemical roughening of thin-film platinum electrodes without preferential dissolution at grain boundaries. The electrochemical techniques of cyclic voltammetry and impedance spectroscopy are demonstrated to characterize these electrode surfaces.

薄膜白金マクロ及びマイクロ電極の電気化学粗化

This protocol demonstrates a method for electrochemical roughening of thin-film platinum electrodes without preferential dissolution at grain boundaries ...

Electrochemical Preparation of Poly(3,4-Ethylenedioxythiophene) Layers on Gold Microelectrodes for Uric Acid-Sensing Applications

Two different methods for the synthesis of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) on gold electrodes are described, using electropolymerization of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) monomer in an aqueous and an organic solution. Cyclic voltammetry (CV) was used in the synthesis of PEDOT thin layers. Lithium perchlorate (LiClO4) was used as a dopant in both aqueous (aqueous/acetonitrile (ACN)) and organic (propylene carbonate (PC)) solvent systems. After the PEDOT layer was created in the organic system, the electrode surface was acclimatized by successive cycling in an aqueous solution for use as a sensor for aqueous samples. 
The use of an aqueous-based electropolymerization method has the potential benefit of removing the acclimatization step to have a shorter sensor preparation time. Although the aqueous method is more economical and environmentally friendly than the organic solvent method, superior PEDOT formation is obtained in the organic solution. The resulting PEDOT electrode surfaces were characterized by scanning electron microscopy (SEM), which showed the constant growth of PEDOT during electropolymerization from the organic PC solution, with rapid fractal-type growth on gold (Au) microelectrodes.

Electrochemical Preparation of Poly3,4-Ethylenedioxythiophene Layers on Gold Microelectrodes for Uric Acid-Sensing Applications

We describe aqueous and organic solvent systems for the electropolymerization of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) to create thin layers on the surface of gold microelectrodes, which are used for sensing low molecular weight analytes.

尿酸検出アプリケーションのための金微小電極上のポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)層の電気化学的調製

Two different methods for the synthesis of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) on gold electrodes are described, using electropolymerization of ...

Precise Electrochemical Sizing of Individual Electro-Inactive Particles

Nanoimpact electrochemistry enables the time-resolved in situ characterization (e.g., size, catalytic activity) of single nanomaterial units, providing a means of elucidating heterogeneities that would be masked in ensemble studies. To implement this technique with redox inactive particles, a solution-phase redox reaction is used to produce a steady-state background current on a disk ultramicroelectrode. When a particle adsorbs onto the electrode, it produces a stepwise reduction in the exposed electrode area, which produces, in turn, a stepwise decrease in the current commensurate with the size of the adsorbing species. Historically, however, nanoimpact electrochemistry has suffered from &#34;edge effects,&#34; in which the radial diffusion layer formed at the circumference of the ultramicroelectrodes renders the step size dependent not only on the size of the particle but also on where it lands on the electrode. The introduction of electrocatalytic current generation, however, mitigates the heterogeneity caused by edge effects, thus improving the measurement precision. In this approach, termed &#34;electrocatalytic interruption,&#34; a substrate that regenerates the redox probe at the diffusion layer is introduced. This shifts the rate-limiting step of the current generation from diffusion to the homogeneous reaction rate constant, thus reducing flux heterogeneity and increasing the precision of particle sizing by an order of magnitude. The protocol described here explains the set-up and data collection employed in nanoimpact experiments implementing this effect for improved precision in the sizing of redox in-active materials.

As an analytical technique, nanoimpact electrochemistry, an increasingly important approach to counting and characterizing nanometer-scale, electro-inactive particles, suffers from poor precision due to the heterogeneous current distributions that arise from its use of ultramicroelectrodes. Outlined here is a generalized approach, termed "electrocatalytic interruption," that enhances precision in such measurements.

個々の電気不活性粒子の正確な電気化学的サイジング

Nanoimpact electrochemistry enables the time-resolved in situ characterization (e.g., size, catalytic activity) of single nanomaterial units, providing a ...

電気化学的応用のための非貴金属バルク電極の調製のための簡単な方法

要約

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この動画の章

準備および薄膜回転ディスク電極法を用いた燃料電池触媒のテストに

敷地内に陽極 respiring 細菌を豊かに自立の電気化学的セットアップ

ナノワイヤーの合成プラチナニッケルと酸素還元性能の最適化

合成と電気化学的 CO₂削減のため単一原子の遷移金属触媒の性能評価

Au、Pd、およびソリューションに基づく還元を介して Pt エアロゲルの迅速合成法

3 電極コインセル準備およびリチウムイオン電池用電着分析

金属ナノ粒子の正確に制御された沈着量の連続的な流れの光触媒反応

薄膜白金マクロ及びマイクロ電極の電気化学粗化

尿酸検出アプリケーションのための金微小電極上のポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)層の電気化学的調製

個々の電気不活性粒子の正確な電気化学的サイジング

電気化学的応用のための非貴金属バルク電極の調製のための簡単な方法

要約

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準備および薄膜回転ディスク電極法を用いた燃料電池触媒のテストに

敷地内に陽極 respiring 細菌を豊かに自立の電気化学的セットアップ

ナノワイヤーの合成プラチナ ニッケルと酸素還元性能の最適化

合成と電気化学的 CO2削減のため単一原子の遷移金属触媒の性能評価

Au、Pd、およびソリューションに基づく還元を介して Pt エアロゲルの迅速合成法

3 電極コイン セル準備およびリチウム イオン電池用電着分析

金属ナノ粒子の正確に制御された沈着量の連続的な流れの光触媒反応

薄膜白金マクロ及びマイクロ電極の電気化学粗化

尿酸検出アプリケーションのための金微小電極上のポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)層の電気化学的調製

個々の電気不活性粒子の正確な電気化学的サイジング

ナノワイヤーの合成プラチナニッケルと酸素還元性能の最適化

合成と電気化学的 CO₂削減のため単一原子の遷移金属触媒の性能評価

3 電極コインセル準備およびリチウムイオン電池用電着分析