电解液浓度对光电极表面气泡演化及传质特性的影响

作     者：王孟莎 徐强 聂腾飞 罗欣怡 郭烈锦 Wang Meng-Sha;Xu Qiang;Nie Teng-Fei;Luo Xin-Yi;Guo Lie-Jin

作者机构：西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2024年第73卷第18期

页      面：268-277页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:52076175)资助的课题 

主　　题：光电化学 气泡动力学 浓度 气液传质 

摘      要：在光电化学分解水反应中,气泡会覆盖光电极表面的反应区域,从而影响反应阻抗和气液传质.本文搭建了激光照射系统,并将其与电化学工作站、高速显微成像系统耦合.在不同电解液浓度下(Na_(2)SO_(4),0.1—2.0 mol/L),研究了TiO_(2)析气光电极表面单个氧气泡的演化行为及其传质特性.随着电解液浓度从0.1 mol/L升高到2.0 mol/L,溶液电阻与气泡附加电阻降低,气泡稳定生长阶段的过电势从0.113 V下降到-0.089 V.气泡在成核、生长和脱离阶段会引起过电势的波动,这与液相中溶解气浓度的变化引起的阻抗变化相吻合.通过分析析气效率与气泡覆盖率的关联,发现电解液浓度提高会导致气泡覆盖率和析气效率同步下降.通过计算舍伍德无量纲数,发现总对流传质系数随着电解液浓度的增大而增大;单相自然对流在气体产物传递过程中占据主导地位,其传质系数比气泡诱导对流传质系数大一个数量级.