法拉第效率

法拉第效率是指实际生成物和理论生成物的百分比。其大小受温度、电解质浓度、施加电压、溶液酸度甚至电极材料纯度的影响。

简介法拉第效率为近期燃料电池等电化学领域常常出现的名词，可理解为实际生成物与理论生成物的百分比。具体求法为Faraday efficiency=，其中m为生成物实际摩尔数，n为反应电子数，F为法拉第常数，即一摩尔电子所含的电量，I为电流，t为时间。

相关研究催化剂纯度对法拉第效率的影响二氧化碳是温室气体的一种重要成分，现今众多的科学家提出了多种方式以望能够减小其在大气中的含量。将二氧化碳转为可供人类使用的能源是最吸引人的方式。这其中电催化由于具有反应易控，原料能够循环利用，生产过程不产生二氧化碳和易于模块化这些优点，成为了二氧化碳催化领域的热点。在众多电催化材料中，Ag具有产物选择性极高，化学性质稳定，对环境无害等优点，因而有学者探究了不同纯度的银对于CO2还原的法拉第效率。

对市售925银、950银、999银和9999银进行了检测，发现前两者Ag纯度未达到标牌要求。分别以上述四种银片作为工作电极，Pt片为对电极，饱和KCl的Ag/Ag Cl电极作为参比电极，0.5mol/L碳酸氢钾为电解液，测试了其电催化还原二氧化碳的性能，结果证明950银的过电势最小，为-1.1V；而999银和9999银过电势基本一致，为-1.3V，为最大。在相同电势下，950银的电流密度在大多数电位下比其它高。但对于生成CO的法拉第效率而言，9999银显著高于其它，最高达到60%。在以Ag为催化材料进行电催化还原CO2时，应选择高纯度Ag1。

电解质种类对法拉第效率的影响有学者研究了KHCO3，KCL，K2SO4三种电解质对电化学还原CO2的影响，结果表明碳酸氢钾水溶液最适合CO2向醇类产物的电化学转化，在-1.1V时醇类产物的法拉第效率最高2。

主要原因可能是氯离子对电极表面有吸附，阻碍了反应的进行，也会有少量的氯气产生。而硫酸根则由于其离子半径较大，没有吸附在电极表面，导致其乙醇的法拉第效率比氯化钾中略高。而KHCO3溶液中醇类法拉第效率较高是因为它具有多重作用。KHCO3不但是缓冲溶液还是支持电解质，有的研究者为其在某些电极反应中还是电活性物质，可以直接被还原成产物。KHCO3能够增加水中的含量，而且在CO2电还原时，一般认为反应的初始活性物质是溶解在溶液中的CO2，然后经过多歩吸附和还原，形成中间物质CO2-，且在反应过程中，HCO3-直接参与反应。

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李斌 - 副教授 - 西南大学