光電化學(xué)(PEC)水分解是一種將太陽能直接轉(zhuǎn)化為氫能的綠色技術(shù)，其核心在于光陽極/光陰極與電解質(zhì)界面處發(fā)生的復(fù)雜電荷轉(zhuǎn)移與表面反應(yīng)。然而，該界面在光照和偏壓作用下動態(tài)演化，涉及催化劑沉積、氧化物形成、氣泡生成及腐蝕等多重過程，傳統(tǒng)表征手段難以實現(xiàn)原位、實時、高靈敏的質(zhì)量變化監(jiān)測。在此背景下，EQCM石英晶體微天平憑借其納克級質(zhì)量分辨能力與電化學(xué)兼容性，展現(xiàn)出獨特而重要的研究潛力。
EQCM基于石英晶體的壓電效應(yīng)，通過監(jiān)測共振頻率變化(Δf)來反映電極表面質(zhì)量的微小改變(Sauerbrey方程)。在PEC水分解過程中，EQCM可實時追蹤光陽極(如BiVO?、Fe?O?或TiO?)在光照下的表面重構(gòu)、氧析出反應(yīng)(OER)中間體吸附、催化劑(如NiFe-LDH)的電沉積行為，甚至氧氣氣泡成核對有效質(zhì)量的影響。例如，在Co-Pi助催化劑修飾過程中，EQCM能夠精確量化催化劑負(fù)載量與光電流提升之間的定量關(guān)系，為優(yōu)化界面工程提供依據(jù)。
更進(jìn)一步，EQCM還能揭示非理想現(xiàn)象，如光腐蝕導(dǎo)致的材料溶解(表現(xiàn)為質(zhì)量損失)或電解質(zhì)離子嵌入引起的“偽質(zhì)量”變化。結(jié)合恒電位/恒電流、循環(huán)伏安及光電流響應(yīng)，EQCM實現(xiàn)了“電-光-質(zhì)”三重信號同步采集，有助于解耦復(fù)雜的界面動力學(xué)過程。此外，通過在不同pH或電解質(zhì)中開展EQCM實驗，還可評估材料在真實工作環(huán)境下的穩(wěn)定性。
盡管EQCM在液體環(huán)境中受粘彈性效應(yīng)影響需謹(jǐn)慎解析數(shù)據(jù)，且對氣泡附著等非剛性質(zhì)量變化存在局限，但其與原位光譜(如拉曼、XAS)或顯微技術(shù)聯(lián)用，正逐步構(gòu)建多維界面表征平臺。未來，隨著微型化、陣列化EQCM探頭的發(fā)展，其在高通量篩選光催化材料、理解載流子-離子耦合機(jī)制等方面將發(fā)揮更大作用。
綜上所述，EQCM石英晶體微天平為光電化學(xué)水分解界面過程提供了不可替代的原位質(zhì)量視角，是深入理解反應(yīng)機(jī)理、指導(dǎo)高效穩(wěn)定光電極設(shè)計的關(guān)鍵工具之一。
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