05.05.2026 by Aileen Sammler
Термогравиметрията среща водорода (част 3): Изследване на редокс-реакциите на Cu и CuO в водородна атмосфера
Научете как цикличните окислително-редукционни реакции на CuO/Cu могат да бъдат анализирани с помощта на термогравиметричен анализатор (TGA) с система за автоматично превключване на пробите ( NETZSCH ), за да се оценят реакционните механизми, обратимостта и дългосрочната стабилност на материала.
Термогравиметрията среща водорода
Водородът е ключов градивен елемент за устойчиви енергийни и технологични концепции, особено в областта на високите температури и разработването на материали.
В Част 1 от поредицата ни от блогове "Термогравиметрията среща водорода" представихме основите на термогравиметричния анализ, съвместим с водорода, и обяснихме защо контролираната водородна атмосфера е от съществено значение за изследването на материали, свързани с водорода.
В Част 2се фокусирахме върху редукцията на Fe2O3 при различни концентрации наH2.
В тази част 3 е направена следващата стъпка за прилагане на същата методология към система от метални оксиди с добре дефинирани пътища на реакция: редокс двойката CuO/Cu. Този пример ясно илюстрира как термогравиметричният анализ под въздействието на водород може да се използва за оценка на дългосрочната окислително-редукционна стабилност, обратимостта и ефектите от разграждането при релевантни за приложението условия.
Защо CuO/Cu е силен еталон?
Редокс-активните метални оксиди са широко използвани като моделни материали в изследванията на водорода. Нашата нова приложна бележка демонстрира утвърденото циклично окислително поведение на системата меден оксид (CuO/Cu ) под въздействието на водорода.
Стъпаловидното редуциране и окисление на медни оксиди е широко описано в литературата и често се използва като референтна система при изследвания на химически цикли, съхранение на енергия и термохимични процеси.
Публикуваните работи подчертават как повтарящите се окислително-редукционни цикли могат да доведат до структурни промени и променена кинетика както при изотермични, така и при неизотермични условия (например Chen et al., 2024; Cerciello et al., 2024), както и кинетиката на окисление на материали на основата на мед(Jahromy et al., 2019).
Използваният инструментариум NETZSCH
Всички експерименти, описани в проучването, са извършени с помощта на NETZSCH STA 509 Jupiter® в комбинация с H₂Сигурна безопасност box.
Тази конфигурация позволява безопасна работа във водородна атмосфера, като същевременно осигурява стабилни и възпроизводими експериментални условия при многократно превключване на газа.
Конфигурацията поддържа:
- Дефиниран газов поток към пробата
- Непрекъснато наблюдение на условията на процеса
- Автоматизирано продухване с инертен газ за поддържане на безопасни сценарии
- Мониторинг на налягането за предотвратяване на необичайни работни условия.
Това прави системата особено подходяща за дългосрочни експерименти с окислително-редукционни цикли.
Какво показва експериментът: Стабилна редукция, променящо се окисление
В представения експеримент CuO се цикли при 500°C, като се редуват:
- 100% водород за редукция и
- синтетичен въздух (21% O₂ ) за окисление.
Термогравиметричният сигнал разкрива две различни поведения:
Загубата на маса по време наредукцията е приблизително 20,1 %, което е в отлично съответствие с теоретичната стойност от 20,11 % за пълна редукция на CuO до метална мед. След редукцията образецът се стабилизира на 79,9 % от масата, цикъл след цикъл.
Окислението обаче постепенно намалява през следващите цикли.
Свързаното с окислението увеличение на масата спада от 20,1 % през първия цикъл до 19,0 %, а след това до 18,2 %.
В приложната бележка се посочва, че това поведение може да се дължи на ефектите на пасивация на повърхността или на агломерацията на частиците, които ограничават достъпа на кислород и намаляват пълнотата на окислението с течение на времето.
Подобни фини промени са от решаващо значение за реалните приложения на водорода. Те стават видими само чрез цикличен термогравиметричен анализ.
Научете повече в пълната бележка за приложение
👉 Подробни експериментални условия, криви и интерпретации можете да намерите тук:
Станете експерт с нашите безплатни курсове за електронно обучение
Всички основни курсове за електронно обучение на NETZSCH са безплатни! Съдържанието е създадено от нашите експерти по лабораторни методи, които споделят с вас личния си опит. Възползвайте се от гъвкавото онлайн обучение, напълно адаптирано към вашите нужди от обучение!