05.05.2026 by Aileen Sammler
Thermogravimetrie ontmoet waterstof (deel 3): Onderzoek naar Cu- en CuO-redoxreacties onder waterstofatmosferen
Leer hoe cyclische redoxreacties van CuO/Cu geanalyseerd kunnen worden met een NETZSCH TGA om reactiemechanismen, omkeerbaarheid en materiaalstabiliteit op lange termijn te beoordelen.
Thermogravimetrie ontmoet waterstof
Waterstof is een belangrijke bouwsteen voor duurzame energie- en procesconcepten, met name bij de ontwikkeling van hoge temperaturen en materialen.
In Deel 1 van onze blogserie "Thermogravimetrie ontmoet waterstof" introduceerden we de grondbeginselen van waterstofcompatibele thermogravimetrische analyse en legden we uit waarom gecontroleerde waterstofatmosferen essentieel zijn voor het bestuderen van waterstofgerelateerde materialen.
In Deel 2richtten we ons op de reductie van Fe2O3 onder verschillendeH2-concentraties.
In dit deel 3 wordt de volgende stap genomen om dezelfde methodologie toe te passen op een metaaloxidesysteem met goed gedefinieerde reactiepaden: het CuO/Cu redoxpaar. Dit voorbeeld illustreert duidelijk hoe thermogravimetrische analyse onder waterstof kan worden gebruikt om de redoxstabiliteit op lange termijn, omkeerbaarheid en degradatie-effecten onder toepassingsrelevante omstandigheden te evalueren.
Waarom CuO/Cu een sterke referentie is?
Redox-actieve metaaloxiden zijn veel gebruikt als modelmaterialen in waterstofonderzoek. Onze nieuwe toepassingsnotitie demonstreert het bekende cyclische redoxgedrag van koperoxidesystemen (CuO/Cu) onder waterstof.
De stapsgewijze reductie en OxidatieOxidatie kan verschillende processen beschrijven in de context van thermische analyse.oxidatie van koperoxiden is uitgebreid beschreven in de literatuur en wordt vaak gebruikt als referentiesysteem in onderzoeken naar chemische looping, energieopslag en thermochemische processen.
Gepubliceerd werk laat zien hoe herhaalde redoxcycli kunnen leiden tot structurele veranderingen en veranderde kinetiek onder zowel isotherme als niet-isotherme omstandigheden (bijv. Chen et al., 2024; Cerciello et al., 2024) en de oxidatiekinetiek van kopergebaseerde materialen(Jahromy et al., 2019).
De gebruikte NETZSCH instrumenten
Alle experimenten beschreven in het onderzoek werden uitgevoerd met de NETZSCH STA 509 Jupiter® in combinatie met de H₂Secure veiligheidsbox box.
Deze configuratie maakt veilig gebruik onder waterstofatmosferen mogelijk en zorgt voor stabiele en reproduceerbare experimentele condities tijdens herhaalde gaswisselingen.
De opstelling ondersteunt:
- Gedefinieerde gasstroom naar het monster
- Continue bewaking van procescondities
- Automatisch doorspoelen met inert gas om veilige scenario's te handhaven
- Drukbewaking om abnormale werkomstandigheden te voorkomen.
Dit maakt het systeem bijzonder geschikt voor langdurige redoxcyclus-experimenten.
Wat het experiment aantoont: Stabiele reductie, veranderende OxidatieOxidatie kan verschillende processen beschrijven in de context van thermische analyse.oxidatie
Het gepresenteerde experiment cyclust CuO bij 500°C, afwisselend tussen:
- 100% waterstof voor reductie en
- synthetische lucht (21% O₂) voor OxidatieOxidatie kan verschillende processen beschrijven in de context van thermische analyse.oxidatie.
Het thermogravimetrische signaal laat twee verschillende gedragingen zien:
Reductie bleef volledig reproduceerbaar gedurende alle cycli.
Het massaverlies tijdens reductie was ongeveer 20,1%, wat uitstekend overeenkomt met de theoretische waarde van 20,11% voor de volledige reductie van CuO tot metallisch koper. Na reductie stabiliseerde het monster zich op 79,9% massa, cyclus na cyclus.
De OxidatieOxidatie kan verschillende processen beschrijven in de context van thermische analyse.oxidatie nam echter geleidelijk af in de opeenvolgende cycli.
De oxidatiegerelateerde massatoename daalde van 20,1% in de eerste cyclus naar 19,0% en vervolgens naar 18,2%.
De toepassingsnotitie suggereert dat dit gedrag kan worden toegeschreven aan oppervlaktepassiveringseffecten of deeltjesagglomeratie, die de toegankelijkheid van zuurstof beperken en de volledigheid van de OxidatieOxidatie kan verschillende processen beschrijven in de context van thermische analyse.oxidatie na verloop van tijd verminderen.
Zulke subtiele veranderingen zijn cruciaal voor echte waterstoftoepassingen. Ze worden alleen zichtbaar door cyclische thermogravimetrische analyse.
Meer informatie in de volledige toepassingsnotitie
gedetailleerde experimentele omstandigheden, curven en interpretaties zijn hier beschikbaar:
Word een expert met onze gratis cursussen
Alle NETZSCH E-Learning Basiscursussen zijn gratis! De inhoud is gemaakt door onze experts op het gebied van laboratoriummethoden, die hun persoonlijke ervaringen met jou delen. Profiteer van flexibel online leren, volledig aangepast aan jouw trainingsbehoeften!