05.05.2026 by Aileen Sammler
Termogravimetri möter väte (del 3): Undersökning av redoxreaktioner hos Cu och CuO i väteatmosfär
Lär dig hur cykliska redoxreaktioner hos CuO/Cu kan analyseras med hjälp av en TGA-analysator med ” NETZSCH ”-teknik för att utvärdera reaktionsmekanismer, reversibilitet och materialets långsiktiga stabilitet.
Termogravimetri möter väte
Vätgas är en viktig byggsten för hållbara energi- och processkoncept, särskilt inom högtemperatur- och materialutveckling.
I Del 1 i vår bloggserie "Thermogravimetry Meets Hydrogen" introducerade vi grunderna i vätgaskompatibel termogravimetrisk analys och förklarade varför kontrollerade vätgasatmosfärer är avgörande för att studera vätgasrelaterade material.
I Del 2fokuserade vi på reduktionen av Fe2O3 under olikaH2-koncentrationer.
I denna del 3 tas nästa steg för att tillämpa samma metodik på ett metalloxidsystemmed väldefinierade reaktionsvägar: CuO/Cu-redoxparet. Detta exempel illustrerar tydligt hur termogravimetrisk analys under vätgas kan användas för att utvärdera långsiktig redoxstabilitet, reversibilitet och nedbrytningseffekter under tillämpningsrelevanta förhållanden.
Varför är CuO/Cu en stark referens?
Redoxaktiva metalloxider har använts flitigt som modellmaterial inom vätgasforskningen. Vår nya tillämpningsanvisning visar det väletablerade kopparoxidsystemets (CuO/Cu) cykliska redoxbeteende under vätgas.
Den stegvisa reduktionen och oxidationen av kopparoxider beskrivs utförligt i litteraturen och används ofta som referenssystem i studier av kemiska kretslopp, energilagring och termokemiska processer.
Publicerat arbete belyser hur upprepad redoxcykling kan leda till strukturella förändringar och förändrad kinetik under både isotermiska och icke-isotermiska förhållanden (t.ex. Chen et al., 2024; Cerciello et al., 2024) samt oxidationskinetiken hos kopparbaserade material(Jahromy et al., 2019).
NETZSCH Instrument som används
Alla experiment som beskrivs i studien utfördes med hjälp av NETZSCH STA 509 Jupiter® i kombination med H₂Secure säkerhets box.
Denna konfiguration möjliggör säker drift under väteatmosfärer samtidigt som den säkerställer stabila och reproducerbara experimentella förhållanden vid upprepade gasbyten.
Konfigurationen stöder:
- Definierat gasflöde till provet
- Kontinuerlig övervakning av processförhållandena
- Automatiserad rensning av inert gas för att upprätthålla säkra scenarier
- Tryckövervakning för att förhindra onormala driftsförhållanden.
Detta gör systemet särskilt lämpligt för långvariga redoxcyklingsexperiment.
Vad experimentet visar: Stabil reduktion, föränderlig OxideringOxidation kan beskriva olika processer i samband med termisk analys.oxidation
Det presenterade experimentet cyklar CuO vid 500°C, alternerande mellan:
- 100% väte för reduktion och
- syntetisk luft (21% O₂ ) för OxideringOxidation kan beskriva olika processer i samband med termisk analys.oxidation.
Den termogravimetriska signalen avslöjar två distinkta beteenden:
Reduktionen förblev helt reproducerbar över alla cykler.
Massförlusten under reduktionen var ca 20,1%, vilket är i utmärkt överensstämmelse med det teoretiska värdet på 20,11% för fullständig reduktion av CuO till metallisk koppar. Efter reduktionen stabiliserades provet på 79,9% massa, cykel efter cykel.
Oxidationen minskade dock gradvis under de på varandra följande cyklerna.
Den oxidationsrelaterade massökningen minskade från 20,1% i den första cykeln till 19,0% och sedan till 18,2%.
Enligt applikationsbeskrivningen kan detta beteende hänföras till ytpassiveringseffekter eller partikelagglomerering, som begränsar syretillgången och minskar oxidationens fullständighet över tid.
Sådana subtila förändringar är kritiska för verkliga vätgasapplikationer. De blir synliga först genom cyklisk termogravimetrisk analys.
Läs mer i den fullständiga applikationsbeskrivningen
👉 Detaljerade experimentella förhållanden, kurvor och tolkningar finns tillgängliga här:
Bli expert med våra kostnadsfria e-learningkurser
Alla NETZSCH E-Learning Basic-kurser är kostnadsfria! Innehållet skapas av våra experter på laboratoriemetoder, som delar med sig av sina personliga erfarenheter till dig. Dra nytta av flexibelt online-lärande, helt anpassat till dina utbildningsbehov!