Pt纳米晶上CO电吸附及电氧化的表面增强红外吸收光谱研究

为理解Pt 纳米晶(NCs)表面上吸附与反应的结构效应, 本文利用电化学衰减全反射-表面增强红外吸收光谱(ATR-SEIRAS)初步研究了{100}优先取向的Pt 纳米晶表面CO电吸附和电氧化. 合成并清洗过的Pt 纳米晶在硫酸溶液中的循环伏安图出现了四对氧化还原峰, 其中位于0.26和0.36 V的峰分别对应于短程有序和长程有序Pt{100}上的氢吸脱附. 利用Bi、Ge 不可逆吸附法估算出Pt{100}和Pt{111}纳米晶筹分别占34% 和17%. 在原位红外光谱研究中, 首次分辨出线性吸附的CO (CO_L)物种在Pt 纳米晶的三个基础小晶面上的振动谱峰. 动电位光谱分析结果表明Pt{110}上吸附的CO_L优先电氧化, 其次{111}上的CO_L发生氧化, 而Pt{100}上CO_L氧化过电位最高.     

Au@SiO2膜/Ti电极吸附吡啶的表面增强拉曼光谱研究

基于壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱技术,合成了Au@SiO₂纳米粒子,并对其进行了相关表征. 结果表明,包裹的二氧化硅层连续、致密,Au@SiO₂膜/Ti电极上可获得金属钛电极上吸附吡啶分子的高质量表面增强拉曼光谱（SERS）信号. 通过Pt、Ni电极的测试,证实该信号源于吸附在基底表面的吡啶分子. 此外,Au@SiO₂膜/Ti电极上吸附吡啶分子的现场SERS光谱研究表明,在-0.1 V ~ -0.6 V电位区间,吡啶分子平躺吸附,从-0.6 V起吸附的吡啶分子由平躺逐转变为垂直,而当电位为-1.2 V时,电极表面析氢,吡啶脱附.     

Au(111)-离子液体界面层状结构与温度关联的原位AFM力曲线研究

本文针对BMIPF6 和OMIPF6两种离子液体,在电极表面远离零电荷电位且以负电荷表面电位下,运用AFM力曲线详细地研究了其与Au(111)单晶电极界面所形成的层状结构与温度的关联. 在15 ~ 40 ^oC的温度范围内,温度越低其离子液体层状结构越稳定. 温度对OMIPF₆离子液体层状结构的稳定性和数目的影响较BMIPF₆缓和：温度变化5 ^oC,OMIPF₆靠近表面第一层层状结构的力值变化仅为1 ~ 2 nN,而BMIPF6第一层层状结构的力值变化为3 ~ 5 nN;较低温下,BMIPF₆中层状结构的数目有所增加,而OMIPF₆的层状数目始终保持两层,且随温度的变化并不敏感. 这可归因于两种离子液体的阳离子尺寸以及与电极表面的作用方式和强度不同;同时,OMIPF₆较粘稠,其热运动受温度的影响不甚敏感.     

甲醇在欠电位沉积Sn/Pt电极上催化氧化

在欠电位沉积（upd）锡修饰的铂电极（upd-Sn/Pt）上,对甲醇电化学催化氧化过程进行了研究.发现当Pt表面upd-Sn的覆盖率在20％附近时,对甲醇的催化氧化的增强作用最为明显；在电位低于0.35 V （vs RHE）时,甲醇在Pt与upd-Sn/Pt电极上氧化只进行到脱氢生成CO的步骤;在0.35 V以后,表面Sn－OH形成,反应Sn－OH＋COads=Sn＋CO2＋H＋＋e有利于表面CO的去除;而Pt电极上,只有0.6 V以后,才有反应Pt－OH＋COads=Pt＋CO2＋H＋＋e发生.因此,Sn的存在有利于甲醇在较低的电位下氧化; Pt电极上CH3OH脱氢并释放出电子的过程是一个快速的过程,表面CO的去除是甲醇氧化过程的控制步骤;甲醇氧化产生的表面吸附态CO 以线式吸附为主,少量的桥式吸附态CO在反应初期即达到吸附饱和; Pt表面上upd-Sn表现的催化增强作用,在光亮铂电极和在高分散铂黑电极上是一致的.     

利用原位红外光谱与微分电化学质谱联用技术研究在Pt以及PtRu电极上发生的甲醇氧化反应

利用电化学衰减全反射原位傅里叶变换红外光谱与微分电化学质谱联用技术,在流动电解池环境以及恒电位条件下研究了Pt电极和Pt电极通过表面电沉积Ru形成的PtRu电极（PtxRuy）上发生的甲醇氧化反应（反应电解质溶液为0.1 mol/L HClO4＋0.5 mol/L MeOH）. 在0.3-0.6 V（参比电极为可逆氢参比）实验用到的所有电极上,CO是唯一能从红外光谱观察到的与甲醇相关的表面吸附物;在Pt0.56Ru0.44电极上可以观察到CO吸附在Ru原子形成的岛上和CO线式吸附在Pt电极表面红外波段,而其他电极上只能观察到Pt表面上线式吸附的CO;甲醇氧化活性按Pt0.73Ru0.27〉Pt0.56Ru0.44〉Pt0.83Ru0.17〉Pt的顺序递减;在0.5V时,甲醇在Pt0.73Ru0.27电极上的氧化反应的CO2电流效率达到了50%.     

离子液体中Fe电极界面结构的SERS光谱研究

采用高灵敏度的表面增强拉曼光谱(SERS)技术, 结合不同长度的探针分子, 通过电化学调控研究了Fe电极在离子液体中的表面增强因子、零电荷电位、界面吸附及界面双电层结构. 利用壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(SHINERS)技术提高表面吸附物种的拉曼信号, 降低高浓度本体的信号干扰, 研究了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIm]BF₄)离子液体本身在Au@SiO₂修饰的Fe电极表面的吸附行为. 结果表明,[BMIm]BF₄在Au@SiO₂修饰的Fe电极表面的吸附行为随电位变化而变化. 在-1.3 V以正区间, 咪唑阳离子以垂直吸附为主, 随电位负移逐渐倾斜甚至平躺吸附于电极表面; 当电位负至-2.3 V, 咪唑阳离子还原成卡宾. 再分别以不同分子长度的硫氰根(SCN^-)和4-氰基吡啶(4-CNPy)为探针分子, 发现SCN^-在[BMIm]BF₄中以N端吸附在纯Fe电极上, 三键频率随电位变化的速率, 即Stark系数为17 cm^-1/V; 4-CNPy以吡啶环上的N垂直吸附于Fe电极上, 频率保持不变, 即Stark系数接近零. 以上结果表明, 在离子液体中电极界面双电层与水体系的差别较大, 电位主要分布在电极紧密层中, 几乎无分散层存在. 此外, 还计算了[BMIm]BF₄中Fe电极的增强因子约为1.5×10².     

铂电极上吸附芳香分子的表面增强红外光谱研究

应用衰减全反射表面增强红外吸收光谱法分别研究了0.1 mol•L^－1 HClO₄中对硝基苯甲酸(PNBA)和0.1 mol•L^－1 KClO₄中吡啶(Py)在铂电极上的吸脱附. 结果表明在较高电位下(0.3～0.7 V vs. SCE) PNBA是通过其羧基脱质子后羧酸根的两个氧原子等位吸附在Pt电极表面, 而随着电位的负移, 除PNBA逐步脱附外, 还呈现出单个氧原子吸附的谱学特征. 光谱强度与电位的关系表明PNBA在铂电极表面吸脱附的中间电位约为0.2 V vs. SCE. 吡啶的吸附主要是通过氮原子的孤对电子及脱氢后的α碳原子与Pt电极表面键合. 在较宽的电位区间(0.4～－0.4 V vs. SCE)吡啶的吸附方式和取向基本维持不变.     

硫脲在HNO3介质中共吸附行为的喇曼光谱研究

用常规Raman谱、电化学现场表面增强喇曼散射光谱(SERS)和时间分辨SERS光谱(TRSERS)研究了硫脲(TU)在HNO₃介质中与NO-3的共吸附行为.实验结果表明,NO₃^-离子能被TU诱导共吸附在其质子化氨基上;TU以S端按σ配位键方式化学吸附在银电极表面.在较正电位区间(≥-0.6V),TU垂直吸附,电位负移(≤-0.8V),TU由垂直逐渐转变为倾斜甚至平躺吸附;在较负的电位下(≤-0.8V),TU在HNO₃介质中比在HClO₄中更稳定,甚至在-2.0V的电位下亦能检测到TU的SERS信号.     

甲酸在Aucore@Ptshell/Pt电极上电催化氧化的原位SERS

用化学还原法合成了Aucore@Ptshell纳米粒子, 并用扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等技术对纳米粒子进行表征; 采用电化学原位表面增强拉曼光谱(SERS)技术对甲酸的电催化氧化过程进行了研究, 成功地获得了甲酸在Aucore@Ptshell/Pt电极上解离吸附的原位SERS. 结果显示, 在开路电位时, 甲酸能在Aucore@Ptshell/Pt电极表面自发氧化, 解离生成强吸附中间体COad和弱吸附中间体HCOOad, 在电位为+0.10 V时检测到氧化产物CO2的谱峰. 研究结果表明, Aucore@Ptshell/Pt电极对甲酸的氧化具有较高的催化活性和较强的SERS效应, 甲酸在Aucore@Ptshell/Pt电极上的电催化氧化过程遵循双途径机理.     

Pt(110)/Sb电极上甲酸的电催化氧化特征和动力学

研究了Sb在Pt(110)晶面上不可逆吸附电化学特性及甲酸在Sb_ad修饰Pt(110)电极[Pt(110)/Sb]上的电催化氧化特征及其反应动力学.发现当扫描电位的上限E_u≤0.45V时,Sb_ad可稳定地吸附在Pt(110)表面上,从而有效地抑制了甲酸的解离吸附.与未修饰的Pt(110)上的结果相比,在Pt(110)/Sb上甲酸氧化的峰电位负移了0.35V.当θ_Sb=0.126时,Pt(110)/Sb电极对甲酸的电催化活性最高.还研究了Pt(110)/Sb上甲酸氧化反应的动力学,定量解析了不同θ_Sb下甲酸氧化的速度常数kf和传递系数β.     

Au单晶电极上H2O2的氧化反应研究

本文利用旋转圆盘电极系统研究了酸性介质中H₂O₂在Au(100)和Au(111)电极表面的电化学行为. 实验发现在Au电极上H₂O₂难以发生还原,但是当电位稍微正于H₂O₂氧化为O₂的平衡电势时即可发生氧化. 在Au(111)上H₂O₂氧化的起始电位比在Au(100)正0.1 V左右. Au(100)上的双桥位位点能增强反应中间体*OOH的吸附,可能是导致Au(100)上H₂O₂氧化反应超电势比Au(111)低的主要原因. 在较正电位区(E>1.2 V), 当电极表面被氧物种覆盖时,H₂O₂在两个电极上的氧化都会受到一定程度的抑制,这种影响在Au(111)上比Au(100)上更加明显,这与Au(111)上氧物种的生成与逆向还原可逆性差的趋势一致. 最后还将Au与Pt单晶电极上H₂O₂氧化的行为进行了对比分析.     

Electrocatalytic Oxidation of HCOOH on Pt(331)/Sb Electrode

Single crystal planes provide surface models of well defined atomic arrangement. Using the method of UPD and irreversibly adsorption (IRA) to modify electrode with adatoms can change the composition,the symmetry of atomic arrangement and the electronic structure of electrode surface^[1]. We have studied in this paper the electrochemical behavior of irreversibly adsorbed antimony on Pt(331) (Pt(331)/Sb) and HCOOH oxidation on R(331)/Sb. The result demonstrated that the IRD Sb adatoms on Pt (331) was stable at potentials below 0.30 V (SCE). We illustrated that various coverage of Sb_ad can be easily obtained by controlling the number of potential cycling and the upper limit of potential scan (Eu). The coadsorption of Sb with H on Pt(331) surface was characterized by relation between the coverage of Sb (θ_Sb) and that of H_ad (θ_H). Two domains were determined:(1) when θ_Sb is small than 0.10, dramatic decrease of θ_H with θ_Sb is manifested, meaning that hydrogen adsorption can be inhibited significantly by a small quantity of Sb_ad; (2) when θ_Sb is large than 0.10, θ_H maintains almost a constant value near 0.025.     

CTAB辅助水热合成高镍三元材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2及其高低温性能研究

以醋酸盐为原料, 以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为分散剂, 通过水热合成-高温烧结的方法制备高镍三元正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂. 结果表明, 适量分散剂CTAB的加入可有效调节材料的颗粒形貌尺寸, 降低锂镍混排, 改善材料的电化学性能. 加入2%(质量分数) CTAB时, 制备的电池材料具有完整有序的层状结构, 且颗粒均匀分散, 具有最佳的循环性能和高低温性能. 该材料在室温及倍率1C下循环100次后, 容量保持率为88.5%. 在?20, 25和55 ℃条件下及倍率0.1C充放电时, 首次放电比容量分别为60.3, 168.5和207.2 mA·h/g.     

WO3/PANI核壳结构反蛋白石薄膜的电致变色性能

采用连续离子层吸附法在反蛋白石结构三氧化钨(IO-WO₃)薄膜表面引入导电聚合物聚苯胺(PANI)层, 制备了独特的WO₃/PANI核壳结构反蛋白石薄膜(IO-WO₃/PANI). 探究了IO-WO₃/PANI薄膜的形貌、 组成和电化学行为. 结果表明, 当电位扫描范围为-0.6~1.0 V时, IO-WO₃/PANI复合膜在不同电压状态下会呈现出4种不同的颜色, 分别为蓝色(1.0 V)、 绿色(0.2 V)、 浅绿色(0 V)和蓝紫色(-0.6 V). 与IO-WO₃薄膜相比, IO-WO₃/PANI复合膜的电致变色性能显著提高, 其着色与退色响应时间分别为3.8和6.14 s, 变色效率(CE)值为201.1 cm²/C. 电致变色性能的改善主要归因于WO₃与PANI形成给体-受体体系和核壳反蛋白石等级孔结构, 使得离子快速扩散, 并为电荷转移反应提供更大的表面积. 研究结果表明, IO-WO₃/PANI核壳结构反蛋白石薄膜是一种潜在的多色电致变色材料, 具有广阔的应用前景.     

Structural characterisation of [Pt(NH3)4]2[W(CN)8][NO3]·2H2O donor–acceptor complex

The bimetallic [Pt(NH₃)₄]₂[W(CN)₈][NO₃]·2H₂O is characterised by single-crystal X-ray diffraction [S.G.P2₁/m(11), a=8.0418(7), b=19.122(2), c=9.0812(6) Å, Z=2]. All platinum centres have the square-plane D_4h geometry with average dimensions Pt(1)–N 2.042(2) and Pt(2)–N 2.037(10) Å. The octacyanotungstate anion has the square-antiprismatic D_4d configuration with average dimensions W(1)–C 2.164(13), C–N 1.140(12), W(1)–N 3.303(5) Å. The structure exhibits two different mutual orientations of Pt versus W units resulting in Pt(2)–W(1), W(1)^* separations of 4.77(2), 4.55(2)^* and Pt(1)–W(1) of 6.331(8) Å. A centrosymmetric structure reveals groups of two distinct columns: the first is formed by intercalated NO₃⁻ between parallel [Pt(1)(NH₃)₄]²⁺ planes and the second consists of [W(CN)₈]³⁻ interlayered by, parallel to square faces of W-antiprisms, [Pt(2)(NH₃)₄]²⁺. The structure is stabilised through a three-dimensional hydrogen bond network via nitrogen atoms of cyanide ligands, hydrogen atoms of NH₃ ligands, water molecules and oxygen atoms of NO₃⁻ counteranions. The vibrational pattern and the range of ν(CN) frequencies attributable to the electronic environment of W(V) and W(IV) are consistent with the ground state Pt(II)↔W(V) charge transfer.     

1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐与乙酸钠混合电解液中三价铬电镀的研究

本文研究了Cr³⁺在1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐（[BMIM]HSO₄）电解液中的电沉积反应以及添加剂NaOAc对电镀铬的影响. 含Cr³⁺电解液的循环伏安结果表明,Cr(III)还原为Cr(II)的峰电位是-1.5 V (vs. Pt), 峰电位和峰电流均满足Rendle-Sevcik扩散方程,由该方程计算得到Cr³⁺的扩散系数为1.6 × 10^-8 cm²·s^-1. 铬镀层的X射线衍射和扫描电子显微镜表征结果表明镀层由纳米球状的单质铬颗粒聚集而成,其平均粒径为0.87μm. 在电解液中添加NaOAc后,Cr³⁺的还原峰电位正移了约0.25 V. 同时EDS结果表明,在NaOAc的作用下镀层中Cr/O摩尔比由4.48增加至6.28,这说明OAc^-有利于单质铬的电沉积. 当电解液中NaOAc-[BMIM]HSO₄-CrCl₃-H₂O的摩尔比为0.075:1:0.5:6时,所得的镀层最厚(63 μm)与电流效率最高(33.5%).     

PtNiSnO_2/C的制备、表征及其电催化氧化乙醇活性

采用改进的B?nnemann法成功制备了Pt/C、Pt-Ni_(1/3)/C、Pt-SnO_2/C、Pt-Ni_x-SnO_2/C(x=1/4,1/3,2/3,1)阳极电催化剂。利用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)对催化剂晶型结构、表面形貌和表面电子结构进行了表征。运用线性扫描伏安(LSV)和电流密度-时间(j-t)曲线进行电化学测试,研究了乙醇电催化氧化(EOR)活性。并用原位红外光谱(in situ FT-IR)研究了EOR过程中产物的分布。结果表明,Pt-Ni_(1/3)-SnO_2/C是由Pt-Ni合金和SnO_2两相组成。XPS结果表明,在Pt-SnO_2中添加微量的Ni,Pt表面电子结构发生了改变。电化学结果表明,三元催化剂的EOR活性均优于二元和纯Pt,其中Pt-Ni_(1/3)-SnO_2/C的EOR活性最佳。Ni和SnO_2的加入并没有显著提高乙醇C―C键的断裂能力,但是二者的协同作用在低电位(0.1 V)下加强了乙醛的进一步氧化,生成了乙酸。     

Pt-M (M = Co,Ni, Fe)/g-C3N4复合材料构建及其高效光解水制氢性能

Platinum (Pt) is recognized as an excellent cocatalyst which not only suppresses the charge carrier recombination of the photocatalyst but also reduces the overpotential for photocatalytic H₂ generation. Albeit of its good performance, the high cost and low abundance restricted the utilization of Pt in large-scale photocatalytic H₂ generation. Pt based transition metal alloys are demonstrated to reveal enhanced activities towards various catalytic reactions, suggesting the possibility to substitute Pt as the cocatalyst. In the present work, Pt was partially substituted with Co, Ni, and Fe and Pt-M (M = Co, Ni, and Fe)/g-C₃N₄ composites were constructed through co-reduction of H₂PtCl₆ and transition metal salts by the reductant of ethylene glycol. The crystal structure and valence states were measured by X-ray diffractometer (XRD) and X-ray photoelectron spectrometer (XPS), respectively. The higher degree of XRD peaks and larger binding energies for Pt 4f_5/2 and Pt 4f_7/2 after incorporating Co²⁺ ions indicated that Co was successfully introduced into the lattice of Pt and Pt-Co bimetallic alloys was attained through the solvothermal treatment. The morphology was subsequently observed by transmission electron microscope (TEM), which showed a good dispersion of Pt-Co nanoparticles on the surface of g-C₃N₄. Meanwhile, the shrinkage of lattice fringe after introducing cobalt salt further confirmed the presence of Pt-Co bimetallic alloys. The UV-Vis absorption spectra of g-C₃N₄ and Pt, Pt-Co deposited g-C₃N₄ were subsequently performed. It was found that the absorption edges were all consistent for all three samples as anticipated, implying that the band gap energy was maintained after hybridizing with Pt or Pt-Co alloys. Furthermore, the photocatalytic H₂ generation was carried out over the as-prepared composites with triethanolamine (TEOA) as sacrificial reagent. Under visible-light illumination, the1% (w) Pt_2.5M/g-C₃N₄ (M = Co, Fe, Ni) composites all exhibited higher or comparable activity towards photocatalytic H₂ generation when compared to 1% (w) Pt loaded counterpart. In addition, the atomic ratios of Pt/Co and the loading amount of Pt-Co cocatalyst were modified to optimize the photocatalytic performance, among which, 1% (w) Pt_2.5Co/g-C₃N₄ composite revealed the highest activity with a 1.6-time enhancement. Electrochemical impedance spectra (EIS) and photoluminescence (PL) spectra indicated that the enhancement might be attributed to improved charge transfer from g-C₃N₄ to Pt_2.5Co cocatalyst and inhibited charge carrier recombination in the presence of Pt_2.5Co cocatalyst. Therefore, the present study demonstrates the great potential to partially replace Pt with low-cost and abundant transition metals and to fabricate Pt based bimetallic alloys as promising cocatalysts for highly efficient photocatalytic H₂ generation.