最近在化学。公社王。等。来自英国曼彻斯特大学和利物浦约翰摩尔斯大学证明了原地电子顺磁共振(EPR)光谱是研究活性炭电荷存储机制的有力工具。
活性炭是一种用于超级电容器电极的微孔碳(类似于电池的一类电荷存储装置)。传统的电化学测试技术(例如循环伏安法能够评价电极材料的整体性能，但不能揭示原子水平上的电荷存储机制。了解电荷存储机理对指导电极材料的设计和合成具有重要意义。在过去的十年里，发展了无数原地探测技术使材料研究人员能够探索超级电容电极的微观充放电行为。
在发表的论文中，原地采用电子顺磁共振(EPR)光谱法研究了不同外加电位下活性炭的电化学性能。EPR对电子自旋非常敏感，电子自旋来源于电极材料充放电时产生的未配对电子。这一特点使EPR成为一种合适的技术原地研究。为了进行实验，作者设计并构建了一个毛细管三电极测试单元(图1a)。该电池置于EPR光谱仪中，其活性炭电极与外部电源连接(将外部电位施加到活性炭电极上)。作者收集了活性炭电极在选定的应用电位下的光谱，如图1b所示。
对所得光谱的分析为研究活性炭表面在不同电位下的变化提供了重要信息。具体来说，作者将信号分解为两部分:分别对应于图1b中蓝色和红色曲线的窄信号和宽信号。窄信号的峰值强度在充电时急剧增加，而在改变测试温度时几乎没有变化。这一观察结果表明，窄峰的起源是表面定域电子。这些局域电子可能来自氧化产物(即在充电过程中，活性炭表面的羧酸盐和醇氧基的自由基发生了变化。广义信号归属于位于芳香基上的电子(例如其强度与活性炭表面电吸附离子的数量成正比。
图1。（a）所述自建毛细管三电极电池的结构：CE - 反电极（Pt线）;RE - 参比电极（银/氯化银）;WE - 工作电极（活性炭）。（b）一个典型的EPR信号（黑），可以解卷积成窄峰（蓝色）和宽峰（红色）。
这项工作突出了EPR光谱学作为一种新的工具原地研究碳基超级电容电极的电荷存储机制，并有可能扩展到其他类型材料的研究。多样性的可用性原地该技术有望提供更深入的基础认识，指导研究人员合理开发性能最佳的电极。
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王彬，J。菲尔丁和罗伯特。W。Dryfe
化学。公社。2018年,DOI: 10.1039 / c8cc00450a
关于博客：
刘天宇博士。(2017)美国加州大学圣克鲁斯分校物新利手机客户端理化学专业。他热衷于科学传播，将前沿研究介绍给公众和具有不同研究专长的科学家。他是一个在线博客作家化学。公社。和化学。科学院。更多关于他的信息可以在http://liutianyuresearch.weebly.com网站/。
