Studio della regione dell'idrogeno sugli elettrodi di platino mediante voltammetria ciclica a scansione lineare

Una soluzione acquosa di acido solforico (0,5 mol/LH₂SO₄) è stato utilizzato come elettrolita in questa applicazione.

L'acqua ultrapura è stata utilizzata per preparare le soluzioni di pulizia e risciacquo, nonché l'elettrolita. L'elettrolita è stato spurgato con gas argon per un'ora prima di iniziare l'esperimento.

La procedura INTELLO per caratterizzare la superficie dell'elettrodo di platino consisteva in un CV lineare seguito da un CV scala. Ogni misurazione CV è iniziata con la polarizzazione dell'elettrodo di lavoro a 0,15 V. Dopo un periodo di stabilizzazione di 3 s, sono seguite le misurazioni CV lineare e scalare. Ogni CV consisteva in tre scansioni, a partire da 0,15 V, fino alla prima vertice a 1,35 V, quindi scansione fino al secondo vertice a -0,21 V e infine a 0,15 V. 

La carica e la scarica del doppio strato che forma l'interfaccia (nota come regione del doppio strato) è mostrata in arancione.

In bianco si trova la regione dell'ossigeno, la regione potenziale in cui il platino viene ossidato in ossido di platino durante la scansione anodica e l'ossido di platino viene ridotto a platino nella scansione inversa.

Nella Figura 3, vengono mostrati i voltammogrammi ciclici lineari eseguiti a diverse velocità di scansione e potenziali di passo. Ogni colore corrisponde a un ciclo con una velocità di scansione diversa, come spiegato in Tabella 1.

Per tutte le misurazioni è stato mantenuto un intervallo di campionamento costante di 10 ms.

Nella Figura 4, vengono mostrati i voltammogrammi ciclici a scala eseguiti a diverse velocità di scansione e potenziali di gradino. Ogni colore corrisponde a un ciclo con velocità di scansione e potenziale di passo diversi (Tabella 1). Sia le velocità di scansione che i potenziali di passo sono stati mantenuti identici agli esperimenti con CV lineare per avere un intervallo di campionamento di 10 ms per tutte le scansioni. 

I voltammogrammi ciclici lineari in Figura 3 mostrano picchi a potenziali applicati negativi, assegnati al processo di adsorbimento/desorbimento dell'idrogeno. Tali picchi sono appiattiti nei voltammogrammi ciclici delle scale mostrati in Figura 4.

Questo comportamento è evidenziato in Figura 5, dove vengono confrontati i voltammogrammi ciclici registrati linearmente a 500 mV/s utilizzando la voltammetria lineare (in blu) e la voltammetria ciclica a scala (in arancione).

L'adsorbimento/desorbimento dell'idrogeno è un processo altamente capacitivo veloce e limitato alla superficie e si verifica a scale temporali simili alla carica del doppio strato. Nel caso della CV «a scala» a causa della sua natura del profilo di potenziale applicato, le correnti di carica che si verificano molto rapidamente e risultano per ogni gradino applicato nella scansione della scala non verranno campionate. Ciò porterebbe ad una corrente molto più bassa ed errata registrata per la regione di adsorbimento-desorbimento dell'idrogeno. Una spiegazione più dettagliata della differenza tra scansioni lineari ed a scala puoi trovarla nella Application Note Metrohm.

 Nota applicativa Metrohm AN-EC-007

In questa Application Note viene fornito un confronto tra voltammetria lineare e ciclica a scala su un elettrodo Pt in acido solforico.

Un'osservazione visiva dei voltammogrammi ciclici mostra la necessità di CV lineare utilizzando una scansione lineare al fine di ottenere un'impronta digitale affidabile della regione dell'idrogeno su elettrodi di platino.

La stessa conclusione è valida anche per molti altri rapidi trasferimenti di elettroni che avvengono su catalizzatori immobilizzati sulla superficie di un elettrodo.