铂阴阳电极在实验中的主要用途

在电化学实验中，铂电极因其独特的物理化学性质，成为应用很广泛的工作电极之一。其“阴阳"两极（即作为阳极或阴极）的用途有所不同，但都基于其共同优势。

铂电极的核心优势

1.化学惰性：铂是贵金属，在很宽的电位范围内（尤其在酸性介质中）稳定性较高，不易参与反应。

2.宽电化学窗口：在水溶液中，其可用的电位范围很宽，既能用于强氧化反应（作阳极），也能用于强还原反应（作阴极）。

3.优异的导电性。

4.高催化活性：对许多重要反应（如氢析出HER、氧析出OER、氢吸附/脱附）具有良好的催化性能，可作为“反应平台"。

基于这些特点，铂电极在实验中的主要用途如下：

一、作为阴极（负极，发生还原反应）

1.析氢反应（HER）研究

（1）用途：铂是已知催化HER活性很高的金属之一。常被用作 “标准电极" 来：

①测试和评估其他新型HER催化材料的性能（通过对比电流密度和过电位）。

②研究HER的反应机理和动力学。

（2）实例：在酸性电解液中，铂阴极上发生高效的2H⁺ + 2e⁻ → H₂反应。

2.有机电合成中的还原反应

（1）用途：用于驱动需要高还原电位的有机合成反应，如羰基化合物的还原、卤代烃的脱卤反应、共轭烯烃的加氢等。其惰性表面可避免副反应。

3.金属离子的电化学沉积与分析

用途：

①电镀：作为基底层或直接用于电镀其他金属。

②分析检测：在电化学分析（如阳极溶出伏安法）中，先作为阴极富集溶液中的痕量金属离子（如Pb²⁺, Cd²⁺），然后再进行阳极溶出测量，灵敏度高。

4.电化学传感器

用途：作为传感界面，通过测量特定物质在其表面还原时产生的电流或电位变化，来定量检测目标物（如O₂、H₂O₂、某些重金属离子）。

二、作为阳极（正极，发生氧化反应）

1.析氧反应（OER）研究

用途：虽然铂对OER的催化活性并非很高（Ir、Ru氧化物更好），但它仍是重要的研究基底和对比电极。常用于评估OER催化剂的稳定性和性能。

2.有机电合成中的氧化反应

用途：用于驱动醇氧化为醛/酮、烯烃环氧化、芳香化合物羟基化等氧化反应。铂阳极能提供高电位且表面不易被氧化产物毒化。

3.电化学清洗与活化

用途：如上文保养中所述，铂电极自身可通过阳极极化在酸性介质中生成表面氧化层，再通过阴极还原去除，从而清洁表面吸附的杂质，恢复活性。这是一个自清洁的重要应用。

4.电化学阻抗谱（EIS）和电容研究

用途：由于其表面清洁、可重现性好，铂电极常被用作理想极化电极，用于研究电解质性质、双电层结构，或校准EIS测试系统。

5.光电化学（PEC）电池中的对电极

用途：在染料敏化太阳能电池（DSSC）或部分光电水解池中，铂（通常是镀在导电玻璃上的铂黑）作为对电极，其主要作用是高效催化电解质中氧化还原电对的还原反应（如I₃⁻ → 3I⁻），完成电荷循环。

三、特殊形态与处理下的用途

1.铂黑电极（表面电镀一层粗糙的黑色铂颗粒）

（1）特点：表面积巨大，催化活性较高。

（2）主要用途：

①标准氢电极（SHE）或可逆氢电极（RHE） 的核心部件，用于提供稳定的基准电位。

②需要高反应速率和电流的场合，如燃料电池研究中的电极。

③高精度电化学测量中，用于降低电流密度，减少极化。

2.铂微电极

（1）特点：尺寸微小（μm级），具有边缘扩散效应。

（2）主要用途：用于扫描电化学显微镜（SECM）、活体或微区传感、快速动力学测量以及高电阻率介质（如有机溶剂、低支持电解质）中的电化学研究。

总结：铂电极的“多面手"角色

简单来说，铂电极在实验中就像一个“全能且可靠的舞台"。 当研究者想专注于研究溶液中的反应物或新型催化材料本身，而不希望“舞台"（电极材料）本身带来复杂干扰时，铂电极就是优选。它的主要任务就是高效、稳定地传导电子，并为目标反应提供一个纯净、可控的界面。