基本介紹
- 中文名：工作電極
- 外文名：Working electrode
- 類別：玻璃碳電極，鉑電極
- 定義：使試液中待測組分濃度變化的電極
- 學科：工程技術
- 其他電極：指示電極、參比電極
工作電極定義,工作電極常用形式,玻璃碳電極,鉑電極,其他電極,工作電極引入微結構的研究思想,
工作電極定義
工作電極常用形式
玻璃碳電極
玻璃碳電極是一種碳基電極。玻璃碳屬於特殊碳材料，是樹脂碳家族中的一個成員。它兼有碳材料和玻璃的特性，它的熱和電性能與其它碳材料相似，又和玻璃一樣，在其自身的結構旱沒有開孔呈不透氣性，機械性能也與玻璃相似，且具有特殊的玻璃形狀的斷口和光澤。因其外形像玻璃一樣光亮，故稱玻璃碳（glassycarbon），簡稱玻碳。玻璃碳的硬度大，電導率高，熱脹係數小、易於拋光成鏡面、並且具有較高的氫過電位及化學惰性等優點，因此適用於做電化學和電分析用的工作電極材料，是一種發展較快的良好電極材料。玻璃碳電極適用的電位範圍較寬，既可以在負電位區研究無機物，也可以研究多在正電位區發生的有機物的氧化還原反應。用它作基體，還可以製備化學修飾電極。
鉑電極
對於鉑絲電極，可將一定直徑的鉑絲和銅線焊接在一起，鉑絲的全部（一端的截面露外邊）以及銅線和鉑絲接口處以上的一段距離用環氧樹脂包裹。在每次使用之前鉑絲裸露的一端可以在拋光紙上反覆均勻地摩擦進行拋光，這樣可以保證電極的重現性。
對於鉑片電極，可取大約10mmx10mm的鉑片及一小段鉑絲在酒精噴燈上燒紅，用鉗子使勁夾住，或在鐵鑽上用小鐵錘輕敲，使二者焊牢。然後將鉑絲的另一端在噴燈上封入玻璃管中。為了導電，在玻璃管中放入少許汞，再插入銅導線。玻璃管口用石蠟密封，以防汞傾出。鉑電極可放在熱稀NaOH酒精溶液中，浸幾分鐘進行除油，然後在熱濃硝酸中浸沈，再用蒸餾水充分沖洗即可得到清潔的鉑電極。
其他電極
指示電極：對溶液中參與半反應的離子的活度或不同氧化態的離子的活度能產生特斯回響的電極。
指示電極屬於電勢型的有電位法和電位滴定法中所用的各種電極，其中常用的是各類離子選擇性電極。在電位法中，利用測定電池的電動勢，即可由能斯特公式推知在指示電極上發生反應的離子濃度。屬於電流型的有極譜法和伏安法或安培滴定法中所用的滴汞電極和各種固體微電極以及庫侖滴定中所用的鉑電極等。在極譜法和伏安法中，由於指示電極面積極小，電極反應時發生極化作用，由微電極指示出的擴散電流和離子濃度的線性關係即可測知溶液中離子的濃度。
參比電極：在恆溫和恆壓條件下，具有確定的位置的電極。
當管道金屬位於某種電解質中時，那么管道的電位不是穩定的。參比電極是這樣一種半電池，它由單一的、可逆的反應這一特性所決定具有穩定的、可逆的電化學位。參比電極的穩定性使其在作為電參考點或用於測量位於土壤或水中的其他金屬電位方面非常有用的。當參比電極通過電壓表處於土壤或水中的其他金屬連線時，參比電極便成為半腐蝕電池。用於測量埋地或水下管道電位的參比電極所具有的電位值通常比鋼鐵的電位更正。
工作電極引入微結構的研究思想
自從1991年Regan和Gratzel將
納米多孔結構薄膜引入到染料敏化太陽能電池中並取得效率上的重大突破後（將效率由1%以內提高到7%以上），世界上很多研究團體投入到提高染料敏化太陽能電池效率的研究中。染料敏化太陽能電池的性能受到一系列複雜因素的影響，比如電極、敏化染料、電解質、對電極和透明導電玻璃。
染料敏化太陽能電池的工作機理機制中，顆粒表面吸附的敏化染料吸收入射光激發電子，電子注入導帶並穿越多孔網路結構到達導電基底表面被收集。由於受到電子平均自由程限制，薄膜厚度很薄，有很大一部分入射太陽光沒有被利用。
我們將一種新型簡單的尖劈微結構引入到光電極中從而提高入射太陽光捕獲效率（見圖），這種微結構可以使用一種簡單的壓印方法製備出來。之所以在染料敏化太陽能電池中使用這種尖劈微結構，是因為不但這種微結構具有好的抗反射性能而且實現了微納二級結構的製備。由於並沒有改變顆粒之間的界面接觸，也沒有改變工作電極的材料，尖劈微結構不會影響工作電極中載流子的輸運。
尖劈微結構光捕獲示意圖
尖劈微結構光捕獲示意圖研究結果表明，雖然尖劈微結構薄膜染料吸附量較小，但是它對可見光波段的捕獲能力大大增強。基於尖劈微結構薄膜製備的染料敏化太陽能電池因為染料吸附量的降低表現出低的短路電流密度，但是開路電壓和光電轉換效率相似，而且填充因子有很明顯的提高。除此之外，最重要的是研究結果表面要取得相同的光電轉換效率，尖劈微結構薄膜可以通過很少的染料吸附量達到，這大大的降低了電池製備成本，因為染料是非常昂貴的。這為低成本染料敏化太陽能電池的研究提供了一個可行的方向。
