為什么催化劑ink要用旋涂干燥方式，這篇文章告訴你

電化學實驗是一個嚴謹?shù)目茖W探索，既要重視實驗設計，也要善于借助精良儀器，最終獲得優(yōu)良的譜圖效果，助力論文成功發(fā)表。

制備催化劑ink薄膜，常見的操作有旋轉(zhuǎn)干燥和靜態(tài)干燥兩種形式，二者有什么區(qū)別，對實驗研究有什么影響呢？一起來了解下。

1、構(gòu)建定量條件

首先，通過在100mL容量瓶中混合20mL異丙醇（Fisher，ACS級）、79.6mL納米純水和0.4mL 5 wt.% Nafion離聚物溶液（Ion Power，Liquion 1100），制備20%異丙醇和0.02%Nafion離聚物的儲備溶液。

接著，將10 或15mg 19.7%Pt/VC電催化劑（E-TEK）測量到10 mL硼硅酸鹽瓶中，加入5 mL異丙醇/Nafion溶液，采用DC ID-4000 納米漿料分散儀進行超聲分散40分鐘，環(huán)境溫度設置為＜40℃。

挑選質(zhì)量完好的2個玻碳電極，經(jīng)磨拋后，電極表面光潔程度一致。

最后，用移液槍吸取7.5μL或10μL等分的分散良好的油墨，分別滴涂在靜止狀態(tài)的玻碳電極表面、及旋轉(zhuǎn)狀態(tài)（電極旋涂儀 DC ESC-1000）的玻碳電極表面，使其完quan覆蓋玻碳電極基底。

2、干燥過程觀察

在經(jīng)過30分鐘的靜態(tài)干燥和旋轉(zhuǎn)干燥后，肉眼觀察對比兩種方式的催化劑薄膜干燥過程的表征情況。

旋轉(zhuǎn)干燥開始于一個扁平的下降，可能是由于不同的空氣動力學影響，水滴從中心向外變干。靜態(tài)干燥的薄膜從邊緣向內(nèi)變干。

這兩種干燥方法都沒有導致催化劑ink擴散到特氟龍護套上?？梢郧宄赜^察，當電極以700 rpm旋轉(zhuǎn)時，催化劑墨水仍然留在玻碳電極表面。

由此可以確定，將電極旋涂儀設定成合適的轉(zhuǎn)速，可以保證催化劑ink涂覆效果。需要注意的是，不同催化劑可能有著不同物理性能，需要我們自己去多次嘗試，尋找到最適宜的轉(zhuǎn)速。

圖片來源：doi:10.1016/j.jelechem.2011.09.016

3、實驗分析對比

靜態(tài)干燥——實驗分析

從圖片可以看到，電極的中心是不均勻的，并且沒有完quan 覆蓋玻碳基底。電極的邊緣看起來很均勻，但電極的中心有一個明顯更薄的區(qū)域。電極邊緣呈現(xiàn)一個“咖啡環(huán)”結(jié)構(gòu)。

圖片來源：doi:10.1016/j.jelechem.2011.09.016

由此可見，靜態(tài)干燥方式制備的催化劑薄膜存在明顯的厚度不均勻性情況，清楚地證實了靜態(tài)干燥方式的重大缺陷。

由于ink從電極中心向外的毛細管流，大部分溶質(zhì)會向電極邊緣積聚，以補償由于電極邊緣更快蒸發(fā)而損失的溶劑，時間一長，就形成了“咖啡環(huán)”結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)干燥——實驗分析通過實驗圖片可以清楚地看到，玻碳電極上的薄膜非常均勻，沒有“咖啡環(huán)”結(jié)構(gòu)，致密良好。

這種旋轉(zhuǎn)干燥方法比靜態(tài)干燥方法在玻璃碳電極的整個表面上產(chǎn)生更均勻的電催化劑膜。

圖片來源：doi:10.1016/j.jelechem.2011.09.016

實驗證明，旋涂干燥效果xian著優(yōu)于固定干燥。

使用專用的電極旋涂儀進行催化劑薄膜制備，在學術界已經(jīng)非常普遍了。

在2024廈門大學電化學暑期學校上，電極旋涂儀（DC ESC-1000）經(jīng)過上百位老師同學們使用體驗，設備穩(wěn)控可靠。實驗效果非常良好。