05.05.2026 by Aileen Sammler
Termogravimetria întâlnește hidrogenul (partea 3): Investigarea reacțiilor Redox Cu și CuO în atmosferă de hidrogen
Aflați cum reacțiile redox ciclice ale CuO/Cu pot fi analizate de o TGA NETZSCH pentru a evalua mecanismele de reacție, reversibilitatea și stabilitatea materialului pe termen lung.
Termogravimetria întâlnește hidrogenul
Hidrogenul este un element-cheie pentru conceptele de energie și procese durabile, în special în dezvoltarea materialelor la temperaturi ridicate.
În Partea 1 a seriei noastre de bloguri "Termogravimetria întâlnește hidrogenul", am prezentat elementele fundamentale ale analizei termogravimetrice compatibile cu hidrogenul și am explicat de ce atmosferele de hidrogen controlate sunt esențiale pentru studiul materialelor legate de hidrogen.
În Partea 2, ne-am concentrat asupra reducerii Fe2O3 în diferite concentrații deH2.
În această parte 3, următorul pas este făcut pentru a aplica aceeași metodologie unui sistem de oxizi metalici cu căi de reacție bine definite: cuplul redox CuO/Cu. Acest exemplu ilustrează în mod clar modul în care analiza termogravimetrică sub hidrogen poate fi utilizată pentru a evalua stabilitatea redox pe termen lung, reversibilitatea și efectele degradării în condiții relevante pentru aplicații.
De ce CuO/Cu este o referință puternică?
Oxizii metalici activi redox au fost utilizați pe scară largă ca materiale model în cercetarea hidrogenului. Noua noastră notă de aplicare demonstrează comportamentul redox ciclic bine stabilit al sistemului de oxizi de cupru (CuO/Cu) sub acțiunea hidrogenului.
Reducerea și oxidarea treptată a oxizilor de cupru este descrisă pe larg în literatura de specialitate și utilizată frecvent ca sistem de referință în studiile privind ciclurile chimice, stocarea energiei și procesele termochimice.
Lucrările publicate evidențiază modul în care ciclurile redox repetate pot duce la modificări structurale și cinetici modificate atât în condiții izoterme, cât și neizoterme (de exemplu, Chen et al., 2024; Cerciello et al., 2024), precum și cinetica de OxidareOxidarea poate descrie diferite procese în contextul analizei termice.oxidare a materialelor pe bază de cupru(Jahromy et al., 2019).
Instrumentele utilizate NETZSCH
Toate experimentele descrise în studiu au fost efectuate utilizând NETZSCH STA 509 Jupiter® în combinație cu dispozitivul Caseta de siguranță H₂Secure
. Această configurație permite funcționarea în condiții de siguranță în atmosfere de hidrogen, asigurând în același timp condiții experimentale stabile și reproductibile în timpul schimbării repetate a gazului.
Configurația suportă:
- Flux de gaz definit către probă
- Monitorizarea continuă a condițiilor procesului
- Purjarea automatizată cu gaz inert pentru a menține scenariile sigure
- Monitorizarea presiunii pentru a preveni condițiile anormale de funcționare.
Acest lucru face ca sistemul să fie deosebit de potrivit pentru experimente de cicluri redox pe termen lung.
Ce arată experimentul: Reducere stabilă, OxidareOxidarea poate descrie diferite procese în contextul analizei termice.oxidare schimbătoare
Experimentul prezentat ciclează CuO la 500°C, alternând între:
- 100% hidrogen pentru reducere și
- aer sintetic (21% O₂) pentru OxidareOxidarea poate descrie diferite procese în contextul analizei termice.oxidare.
Semnalul termogravimetric relevă două comportamente distincte:
Reducerea a rămas complet reproductibilă în toate ciclurile.
Pierderea de masă în timpul reducerii a fost de aproximativ 20,1%, ceea ce este în acord excelent cu valoarea teoretică de 20,11% pentru reducerea completă a CuO la cupru metalic. După reducere, proba s-a stabilizat la 79,9% masă, ciclu după ciclu.
Cutoate acestea, oxidarea a scăzut treptat pe parcursul ciclurilor succesive.
Creșterea masei legate de OxidareOxidarea poate descrie diferite procese în contextul analizei termice.oxidare a scăzut de la 20,1% în primul ciclu la 19,0% și apoi la 18,2%.
Nota de aplicare sugerează că acest comportament poate fi atribuit efectelor de pasivare a suprafeței sau aglomerării particulelor, care limitează accesul la oxigen și reduc gradul de OxidareOxidarea poate descrie diferite procese în contextul analizei termice.oxidare în timp.
Astfel de modificări subtile sunt esențiale pentru aplicațiile reale cu hidrogen. Ele devin vizibile numai prin analiza termogravimetrică ciclică.
Aflați mai multe din nota de aplicare completă
👉 Condițiile experimentale detaliate, curbele și interpretările sunt disponibile aici:
Deveniți expert cu cursurile noastre gratuite de E-Learning
Toate cursurile de bază NETZSCH E-Learning sunt gratuite! Conținutul este creat de experții noștri în metode de laborator, care vă împărtășesc experiențele lor personale. Profitați de învățarea online flexibilă, complet adaptată la nevoile dumneavoastră de formare!