電化學二氧化碳(CO?)還原反應(CO?RR)是實現碳資源循環利用、制備高附加值燃料和化學品的重要途徑。然而，該反應過程復雜，涉及多電子轉移路徑，可能生成一氧化碳、甲酸、甲烷、乙烯等多種產物，部分產物(如長鏈碳氫化合物或聚合物)易在電極表面沉積，影響催化活性與穩定性。因此，實時、原位監測電極表面質量變化，對理解反應機理、優化催化劑設計至關重要。在此背景下，EQCM石英晶體微天平憑借其納克級質量靈敏度與電化學測試同步能力，成為研究CO?RR過程中產物沉積行為的理想工具。
EQCM基于石英晶體的壓電效應：當電極表面質量發生變化時，晶體共振頻率隨之改變，遵循Sauerbrey方程(Δf∝–Δm)。在CO?RR測試中，將工作電極直接制備于石英晶片表面，即可在施加還原電位的同時，實時記錄頻率變化，從而推算出沉積或溶解物質的質量。例如，在銅基催化劑上進行CO?還原時，若生成不溶性碳質副產物或聚合物，EQCM會檢測到頻率持續下降，表明質量增加；而若主要產物為氣態(如CO、CH?)，則質量變化微弱甚至無明顯信號。
通過EQCM可有效區分可逆吸附與不可逆沉積過程。實驗表明，在–1.0 V vs.RHE條件下，某些分子催化劑體系初期出現短暫頻率下降(對應中間體吸附)，隨后恢復，說明過程可逆；而在更負電位下(如–1.4 V)，頻率持續降低且無法恢復，提示發生了不可逆碳沉積或催化劑失活。這類信息對判斷催化劑壽命、優化電位窗口具有直接指導意義。
此外，結合電流–時間曲線與EQCM頻率–時間曲線，可計算“質量–電荷比”(Δm/ΔQ)，進一步推測沉積物的化學組成。例如，若Δm/ΔQ接近理論聚合物值，則可能形成聚碳酸酯類副產物；若接近零，則以氣態產物為主。
綜上所述，EQCM石英晶體微天平為電化學CO?還原反應提供了獨特的“質量視角”，實現了對產物沉積行為的原位、定量、動態追蹤。該技術不僅有助于揭示失活機制，還能加速高效、穩定CO?RR催化劑的篩選與開發，為綠色電合成提供關鍵表征支撐。
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