Electrochemistry under Microscope: Observing the Diffusion Layer and Measuring Diffusion Coefficient

扩散 显微镜 扩散层 材料科学 图层(电子) 电化学 分析化学(期刊) 纳米技术 化学 光学 热力学 色谱法 物理化学 物理 电极
作者
Lida Khalafi,Nastaran Nikzad,Asayiel Alhajeri,Brandon Bacon,Karla Alvarado,Mohammad Rafiee
出处
期刊:Journal of Chemical Education [American Chemical Society]
卷期号:100 (10): 4056-4061 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jchemed.3c00584
摘要

The area near the electrode surface is called the diffusion layer, and to understand electrochemistry, it is crucial that students have a knowledge of the phenomena occurring at the diffusion layer. Here, we present a demonstration and activity to visualize and analyze the expansion of a micrometer-sized diffusion layer. The electrode process involves distinct color changes of acid–base indicators in response to electrochemically generated hydroxide ion (OH–), from water electrolysis in a homemade thin-layer electrochemical cell. A kid's optical microscope equipped with a digital eyepiece camera was used to observe and record the formation and expansion of the diffusion layer. Analyzing the time-dependent changes in the colorful diffusion layer enables students to derive the diffusion coefficient (D) of electrochemically generated OH–. The imaging tool presented in this activity aids in the explicit visualization and interpretation of electrode reactions and provides an excellent opportunity to discuss concentration profiles near the electrode, diffusion layer, and diffusion coefficient.
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