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The pH of Aqueous NaOH/KOH Solutions: A Critical and Non-trivial Parameter for Electrocatalysis
ACS Energy Letters ( IF 22.0 ) Pub Date : 2021-09-15 , DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01693 J. Niklas Hausmann 1 , Brian Traynor 2 , Rupert J. Myers 3 , Matthias Driess 1 , Prashanth W. Menezes 1
ACS Energy Letters ( IF 22.0 ) Pub Date : 2021-09-15 , DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01693 J. Niklas Hausmann 1 , Brian Traynor 2 , Rupert J. Myers 3 , Matthias Driess 1 , Prashanth W. Menezes 1
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Figure 1. Left: Schematic energy diagram for electrochemical energy storage with the hydrogen evolution and oxidation reaction as examples (blue). Right: pH dependency of 1 M KOH as a function of concentration and temperature. The red bar marks the pH value range reported in the electrocatalysis literature at 25 °C and 1 M (see Table S1). Is there a significant efficiency difference if a pH value of 13.5 or 14 is used? Why have different pH values for 1 M KOH at 25 °C been reported? Can absolute pH values of aqueous (Na/K)OH solutions be determined? Can reasonable pH values of aqueous (Na/K)OH solutions (0–100 °C, 0–10 M) be provided that allow omitting inconsistent experimental pH determinations in electrocatalysis? Figure 2. pH values of 0.1, 1, and 6 mol/kg aqueous NaOH (left) and KOH (right) solutions as functions of temperature, calculated with eq 5 and based on Åkerlöf and co-workers’ activity coefficient. The dashed lines are for the common assumption that the activity coefficients of water and Na/KOH are 1, which is equivalent to using concentrations directly for pH calculations. The spreadsheet in the Supporting Information can be used to calculate the pH for the concentration range 0–10 M (Na/K)OH(aq) and the temperature range 0–100 °C. At around 4.5 and 6 mol/kg the electric conductivities of aqueous NaOH and KOH are at their maxima, respectively. The spreadsheet in the Supporting Information can be used to calculate the pH and other data for the concentration range 0–10 M (Na/K)OH(aq) and the temperature range 0–100 °C. The Supporting Information is available free of charge at https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01693.
中文翻译:
NaOH/KOH 水溶液的 pH 值:电催化的关键和重要参数
图 1. 左:电化学储能的能量示意图,以析氢和氧化反应为例(蓝色)。右图:作为浓度和温度函数的 1 M KOH 的 pH 依赖性。红色条表示电催化文献中报道的 25 °C 和 1 M 下的 pH 值范围(见表 S1)。如果使用 13.5 或 14 的 pH 值,是否存在显着的效率差异?为什么报告了 25 °C 下 1 M KOH 的不同 pH 值?可以确定 (Na/K)OH 水溶液的绝对 pH 值吗?是否可以提供合理的 (Na/K)OH 水溶液(0-100 °C,0-10 M)的 pH 值,以允许省略电催化中不一致的实验 pH 测定?图 2. 0.1、1 和 6 mol/kg NaOH 水溶液(左)和 KOH(右)的 pH 值作为温度的函数,使用方程 5 计算,并基于 Åkerlöf 和同事的活动系数。虚线表示水和 Na/KOH 的活度系数为 1 的常见假设,这相当于直接使用浓度计算 pH 值。支持信息中的电子表格可用于计算 0–10 M (Na/K)OH 浓度范围内的 pH 值(aq)和温度范围 0–100 °C。在大约 4.5 和 6 mol/kg 时,NaOH 和 KOH 水溶液的电导率分别达到最大值。支持信息中的电子表格可用于计算浓度范围 0–10 M (Na/K)OH (aq)和温度范围 0–100 °C的 pH 值和其他数据。支持信息可在 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01693 免费获取。
更新日期:2021-10-08
- Table S1, with various reported pH values for 1 M KOH, and Figure S1, with activity coefficients plotted against temperature and molality (PDF)
- Excel spreadsheet for pH calculations (XLSX)
中文翻译:
NaOH/KOH 水溶液的 pH 值:电催化的关键和重要参数
图 1. 左:电化学储能的能量示意图,以析氢和氧化反应为例(蓝色)。右图:作为浓度和温度函数的 1 M KOH 的 pH 依赖性。红色条表示电催化文献中报道的 25 °C 和 1 M 下的 pH 值范围(见表 S1)。如果使用 13.5 或 14 的 pH 值,是否存在显着的效率差异?为什么报告了 25 °C 下 1 M KOH 的不同 pH 值?可以确定 (Na/K)OH 水溶液的绝对 pH 值吗?是否可以提供合理的 (Na/K)OH 水溶液(0-100 °C,0-10 M)的 pH 值,以允许省略电催化中不一致的实验 pH 测定?图 2. 0.1、1 和 6 mol/kg NaOH 水溶液(左)和 KOH(右)的 pH 值作为温度的函数,使用方程 5 计算,并基于 Åkerlöf 和同事的活动系数。虚线表示水和 Na/KOH 的活度系数为 1 的常见假设,这相当于直接使用浓度计算 pH 值。支持信息中的电子表格可用于计算 0–10 M (Na/K)OH 浓度范围内的 pH 值(aq)和温度范围 0–100 °C。在大约 4.5 和 6 mol/kg 时,NaOH 和 KOH 水溶液的电导率分别达到最大值。支持信息中的电子表格可用于计算浓度范围 0–10 M (Na/K)OH (aq)和温度范围 0–100 °C的 pH 值和其他数据。支持信息可在 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c01693 免费获取。
- 表 S1,报告了 1 M KOH 的各种 pH 值,图 S1,活性系数与温度和摩尔浓度的关系 (PDF)
- 用于 pH 计算的 Excel 电子表格 (XLSX)