ChevalRita 这种现象对应的是石墨电极的阳极腐蚀和崩解,主要有以下作用: 高电位下产生活性氧自由基、氯自由基等活性物种,对石墨进行加成,破坏化学结构;最终结果是在石墨上产生含氧官能团,或发生C-C键的断裂。 特别是在氧析出反应中,需要经历O、OH、OOH*等活性中间体,它们都是会加成在石墨表面的。如果没有顺利转化为氧气,就会导致石墨表面的官能团化。在盐水中也存在类似过程,有人通过红外光谱验证了石墨电极表面会出现羰基、氯代醇等结构(https://doi.org/10.1016/0008-6223(91)90066-R),甚至被进一步氧化为二氧化碳。而在作为阴极时,电位较低,不会产生这些强氧化性的活性物种。 电场作用下阴离子向石墨阳极移动,随后插层到石墨之间,进一步破坏层状堆积结构; 这种作用可以加以利用,也就是使用电化学剥离法制备石墨烯。一篇中文综述可以参见https://www.researching.cn/ArticlePdf/m00001/2017/44/7/0703007.pdf。 表面产生的气泡等的机械作用进一步加速崩解。
AO 我想补充一点更宏观的视角:石墨电极一般是多晶的碳,晶界处的碳缺陷更多,从热力学和动力学是都更容易被氧化。晶界被腐蚀后,未被腐蚀的晶体小颗粒就会从整体电极上脱落,其颗粒大小一般在摆纳米到微米范畴,因此你会看到黑色碳粉。
AO 关于碳的氧化过程,在电位较高的反应中研究较多,如氧还原反应,此处有一篇讨论氧还原中碳氧化过程的文献供参考:(https://pubs.acs.org/doi/10.1021/cs500449q)一般电解饱和食盐水(产氯气)和硫酸铜(产氧),在没有催化剂的情况下,电极电位会大于1.5 V (vs 当前pH下的可逆氢电极)。这一条件足以发生强烈的碳腐蚀。