铂单晶电极表面不可逆反应动力学──Ⅱ铂单晶(100)晶面电极上甲酸氧化反应动力学参数解析

运用程序电位阶跃方法，避免甲酸解离吸附的干扰，成功地研究了Pt（100）单晶电极上甲酸经活性中间体直接氧化至CO2的反应动力学．提出对电化学暂态实验数据进行积分变换求解动力学参数的方法，编制了相关的计算机软件，首次获得甲酸在Pt（100）单晶电极上直接氧化的反应动力学参数。结果给出在0．02V至0．15V电位区间，速率常数kf的对数随电极电位线性增长，kf从9．51×10－4上升到1．38×10－2cm·s－1．获得传递系数β＝0．309，5×10－3mol·L－1HCOOH＋0．5mol·L－1H2SO4溶液中甲酸的扩散系数D＝1．80×10－5cm2．s－1．     

氢钼青铜对铂催化氧还原反应的促进作用

采用循环伏安法在玻碳电极上和硫酸溶液中电沉积制备出铂催化剂(Pt)及铂-氢钼青铜复合催化剂(Pt-HxMoO3), 用旋转圆盘电极研究并比较了它们对硫酸溶液中氧还原反应的催化活性. 研究结果表明, HxMoO3能明显地提高Pt对氧还原反应的电催化活性. 通过对静态电极上氧还原的峰电流与扫描速度的关系以及旋转圆盘电极上氧还原电流与旋转速度的关系的分析发现, HxMoO3提高了铂电极氧还原反应电荷传递步骤的传递系数, 因此加快了氧还原的动力学过程.     

从银电极上氢析出的温度效应得到的反应动力学启示

利用循环伏安法研究了多晶银电极在0.1 mol/L HClO4溶液中氢析出反应的温度效应. 发现当从析氢起始电位负向扫描至零电荷电位（-0.4 V）时,氢析出反应的表观活化能（Ea,app）和指前因子（A）均随着电势的负移而增大（对应的Ea,app从24 kJ/mol增大至32 kJ/mol）.继续负向扫描至零电荷电位以后,Ea,app随电势的负移而减小但A不随电势变化. 推测Ea,app和A在零电荷电位前的反常变化来自于反应物和过渡态之间内能和熵值变化．在零电荷电位以正电位,电极附近的水分子以氧端吸附在电极表面上,且水分子之间有氢键作用。电势变化产生的能量主要用于使水分子脱附并使氢键网络改变．在E〉PZC的电位区,电位负移导致的正的熵效应（指前因子增加）补偿了活化能的升高导致的负效应,从而显示反应的净电流随电位负移而增加．结果表明溶剂的动力学和相关的熵因子项可能会对析氢这类涉及质子和电子转移的电极反应的动力学产生很大的影响．     

气体电极反应动力学的薄膜旋转圆盘电极方法研究

薄膜旋转圆盘电极方法是一种常用的评价气体物质在纳米电催化剂上的反应活性的方法,但是在数据分析过程中经常忽视了气体反应物在催化剂层中到活性位点的传质可能对估算的反应动力学参数的影响.本文以氧电极反应为例,使用薄膜旋转圆盘电极研究了不同担载量Pt/C电极的氧还原活性.实验结果表明,根据Koutecky-Levich方程求算相同电位下的"表观动力学电流密度"(对Pt活性面积归一化的mA/cm2Pt)或比质量电流(mA/μg Pt)随Pt担载量的减小而增大,说明在估算动力学电流时不能忽略O2在催化剂层中的扩散传质,而气体在催化剂层中的传质与催化剂层的结构、厚度、纳米催化剂的分散度等密切相关.建议在使用薄膜旋转圆盘电极方法来研究纳米催化剂气体电极反应活性时,首先系统考察担载量、分散度与催化剂层厚的影响,然后根据不同担载量催化剂归一化后的动力学电流密度(或比质量电流)-电势曲线是否重合来验证得到的是否是真实的动力学电流,从而得到更为准确的评价结果.     

甲醇对炭载铂和四羧基酞菁钴催化氧还原动力学的影响

运用旋转圆盘电极技术和线性扫描伏安方法研究比较了甲醇对炭载铂（Pt/C）和800 ℃热处理的炭载四羧基酞菁钴（CoPcTc/C）催化氧还原动力学的影响.结果表明，对于Pt/C催化剂，在大于0.64 V和小于0.18 V（vs SCE）的电位范围，甲醇的氧化和氧的还原互不影响，而在其它电位范围，甲醇使Pt/C催化氧还原的性能严重降低.对于800 ℃热处理的CoPcTc/C，在整个电位范围内，甲醇的存在对氧还原都没有影响，是一种活性较高、耐甲醇能力强的氧还原电催化剂.     

PEMFC电极中表面扩散现象的初步研究

制作双催化层结构的PEMFC电极.该双催化层由含有Nafion的内催化层、无Nafion的外催化层组成.循环伏安测试表明,未与Nafion直接接触的外催化层Pt/C催化剂也参与发生在"Pt/Nafion"界面氢原子的吸脱附反应和Pt表面含氧粒子的电化学氧化还原.当电势扫描速率较低时,未与Nafion直接接触的外层Pt/C催化剂,其对氢脱附电流的贡献和直接与Nafion接触的内催化层的Pt/C催化剂大致相当.以双催化层电极作PEMFC阴极,单电池(PEMFC)极化曲线测试表明,其阴极外催化层能明显地提高该单电池在活化极化区的输出性能.进一步证明了PEMFC阴极外催化层不与Nafion直接接触的Pt/C催化剂可通过其表面吸附含氧粒子的表面扩散参与发生在"Pt/Nafion"界面氧的电化学还原反应.上述实验为设计PEMFC电极提供了一定的新思路.     

碱性溶液中空气电极催化剂Co-N/C的研究

采用简单热处理方式制备了空气电极用氧还原电催化剂Co-N/C(800),利用线性电位扫描、控电流极化曲线及单电池测试等方法评价Co-N/C(800)的氧还原反应(ORR)催化活性。结果表明:该催化剂在碱性溶液中(1 mol/LNaOH)对ORR有很好的催化活性,起始氧还原电位约为0.04 V(vs.Hg/HgO);在室温及空气气氛条件下,以Co-N/C(800)制备的空气电极在7 mol/L NaOH溶液中时性能最佳,在电极电位为-0.6 V(vs.Hg/HgO)时电流密度达100 mA/cm2;自制的空气电极与纯锌片所组装的锌-空气电池,以7 mol/L NaOH为电解液,在电池过电位为0.8 V时,电流密度超过了100 mA/cm2,催化性能优于常规MnO2催化剂;同时进行了单电池放电测试,放电平台保持在1.25～1.30 V且性能稳定。     

导电聚苯胺／MnO2空气阴极氧还原动力学

采用动电位扫描、交流阻抗技术研究了导电聚苯胺/MnO2复合阴极上氧还原反应动力学.动电位扫描表明氧在该复合阴极上还原的极化曲线服从Butler-Volmer公式,表观标准活化能为184.9 kJ/mol,反应为电化学步骤控制;交流阻抗谱观察到氧阴极还原由3个明显的线圈组成,表明氧阴极还原分3步进行,第1个圆弧随过电位的增大而显著减小,表明第1步电荷转移过程的确为氧还原反应的速率控制步骤;导电聚苯胺的高比表面积与MnO2的多微毛细管结构使氧在该复合电极上还原变得容易.     

高铁酸盐在Sn02-Sb2O3／Ti电极上的选择性电化学合成

合成了SnO2-Sb2O3／Ti电极材料．实验结果证实，在14mol／L NaOH水溶液中和完全避免析氧反应的条件下，Fe(Ⅲ)物种在该电极上进行电化学氧化并生成FeO4^2-．结果表明，Fe(OH)。在浓NaOH溶液中发生酸式电离，形成可溶于水的FeO2^-，该离子的浓度随着碱溶液浓度变化而发生明显变化，而且它还是发生化学氧化和电化学氧化的反应物．在SnO2-Sb2O3／Ti电极上，FeO4^2-的电化学还原起始电位为0．38V(vs.Hg／HgO，14mol／L NaOH)，FeO2^-电化学氧化起始电位为0．54V．结果还表明，用电化学方法氧化Fe(Ⅲ)物种生成FeO4^2-是个多步骤过程．     

甘氨酸修饰的Pt(111)电极上的氧还原

利用单晶旋转圆盘电极技术（Hanging Meniscus Rotating Disk Electrode,　HMRD）在硫酸和高氯酸溶液中分别研究了甘氨酸修饰的Pt(111)电极表面氧分子的电催化还原反应. 实验发现：在硫酸溶液中,经甘氨酸修饰的Pt(111)电极表面的氧还原活性明显提高,其中氧还原的半波电位与Pt(111)电极的相比正移约0.1 V,而在高氯酸溶液中,甘氨酸修饰的Pt(111)电极的活性几乎没有发生变化. 该实验结果表明：甘氨酸修饰的Pt(111)电极一方面抑制了SO₄^2-在电极表面的吸附,另一方面又能在电极表面提供相邻的空位供氧分子吸附. 通过与文献中报道的CN^-修饰的Pt(111)电极上的氧还原结果的对比,可以推测甘氨酸修饰的Pt(111)电极表面氧还原活性提高是由于甘氨酸在Pt(111)表面可能先被氧化成CN^-后吸附在电极表面,进而促进了氧分子的电催化还原反应.     

咖啡酸玻碳修饰电极对烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的电催化氧化

研究了咖啡酸修饰电极的制备、性质及对NADH的电催化作用。修饰电极在0．1mol/L PBS缓冲溶液中(pH7．0)于0．0～ 050V(vs.Ag／AgCl)电位范围内呈现一对氧化还原峰，式量电位(E^0‘‘)为 0．250V(vs．Ag／AgCl)。E^0‘‘随pH增加而朝负方向移动，pH在5．0～8．0范围内，其线性回归方程为E^0‘‘=0．6233-0．05996pH，R=0．9969。表观电极反应速率常数(Kb)为12．3s^-1。电极反应的电子数为2且有2个质子参与。该修饰电极对NADH的氧化具有很好的电催化作用。NADH浓度在0．1—6．0mmol／L．范围内与峰电流呈现良好的线性关系。文中对电催化过程进行了探讨。     

纤维蛋白原在Pt电极上的界面电化学研究

应用电化学方法和电化学原位红外反射光谱(electrochemical in-situ FTIR)等研究了纤维蛋白原在Pt电极上的界面电化学行为.结果表明:纤维蛋白原在Pt电极上的吸附使电极的析氢与氧脱附过程减弱,影响程度随扫速的增加而增强;同样纤维蛋白原的吸附会降低亚铁氰化钾-铁氰化钾电对的氧化还原反应可逆性和电流;在-0.1~0.6V(vs.SCE)扫描范围内没有出现纤维蛋白原的特征"氧化还原"峰.电化学原位红外反射光谱测试表明纤维蛋白原在0.3~0.5V(vs.SCE)间发生化学反应,有新的产物生成.     

玻碳电极上DTAB对氧还原反应的促进作用

用旋转圆盘玻碳电极研究了阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)对氧还原反应的影响. 结果表明, DTAB明显提高了玻碳电极对氧还原的电催化活性. 通过对氧还原电流与旋转速度的关系以及动力学电流与电位的Tafel关系分析, 发现DTAB提高了玻碳电极对氧还原反应电荷传递步骤的传递系数, 因此加快了氧还原的动力学过程.     

1,4-丁二醇在Pt及其修饰电极上吸附氧化过程研究

运用电化学循环伏安和石英晶体微天平研究了1，4-丁二醇(1，4-BDL)在Pt电极及以Sb和S吸附原子修饰的Pt(Pt／Sbad和Pt／Sad)电极上的吸附和氧化过程．结果表明，1，4-丁二醇的氧化与电极表面氧物种有着极其密切的关系，表面质量变化提供了吸附原子电催化作用的新数据．Pt电极表面Sb吸附原子能在较低的电位下吸附氧，可显提高1，4-丁二醇电催化氧化活性．与Pt电极相比，1，4-丁二醇在饱和吸附Sb原子的Pt电极上氧化的峰电位负移了0．20V，峰电流增加了1．5倍．相反，Pt电极表面S吸附原子的氧化会消耗表面氧物种，饱和吸附的S原子抑制了1，4-丁二醇的氧化．     

铂单晶电极表面不可逆反应动力学──Ⅰ.Pt(100)单晶电极上甲酸氧化的现场红外反射光谱研究

运用电化学暂态方法和现场时间分辨FTIR反射光谱研究甲酸在Pt（100）单晶电极上的解离吸附和氧化过程．深入认识了甲酸解离吸附的反应速率在-0．25至0．25V电位区间呈火山形变化的规律．根据电化学现场时间分辨红外光谱的研究结果，提出在研究反应动力学时避免甲酸解离吸附干扰的方法，为进一步研究甲酸在Pt（100）电极表面经活性中间体直接氧化至CO2的反应动力学奠定了基础．     

Pt电极表面共吸附层NO和CO氧化还原的CV及原位FTIR研究

应用电化学循环伏安方法（CV）和原位傅里叶变换红外反射光谱（in situ FTIRS）研究了酸性溶液中Pt多晶电极表面NO和CO的共吸附行为及吸附态CO对吸附物种NO氧化还原反应的影响．研究结果表明,0．20V（VS．SCE）时,CO和NO能同时稳定吸附在Pt电极表面,CO以线性吸附态（CO L）存在,NO以桥式吸附态（NOB）和线性吸附态（NO L）共存．CO L 的共存使得NO的还原电流峰电位负移约0．024V,并且促使不易被氧化的NO B在0．93V处被氧化．原位FTIRS研究进一步表明,NO可以置换预吸附在电极表面的CO,NO和CO在Pt多晶电极表面的吸附是一个竞争吸附的过程．在0．45V-1．2V电位区间,NO和CO都能转化为环境友好产物,分别为NO3-和CO2．且Pt电极表面共吸附物种CO的量直接影响NO B的氧化产物NO3-的生成量．     

化学修饰电极的研究XVIII,四苯基钴卟啉化学修饰玻碳电极的热处理及其对氧的催化还原

本文研究四苯基钴卟啉化学修饰玻碳电极的热处理,经热处理的这种电极[(PCo/GC)h]具有对氧催化还原的异常高的稳定性和活性.在纯O2饱和的0.05mol.L^-^1H2SO4溶液中经循环伏安(CV)扫描3000次(100mV/s),其催化活性未见明显降低.研究了热处理温度(500-1000℃)对(PCo/GC)h电极电催化性能的影响.用紫外可见光谱对热处理产物的结构进行了分析.用CV法及旋转圆盘电极研究了O2在(PCo/GC)h电极上电催化反应动力学,测定了速率常数.在该电极上O2的还原反应为二电子还原成H2O2的不可逆过程.     

有序介孔氮掺杂碳负载三氧化二铁的制备及其催化氧还原性能

制备了有序介孔氮掺杂碳负载三氧化铁,有效降低了氧还原的过电势。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸附-脱附测试、粉末X射线衍射、X射线光电子能谱、拉曼光谱等技术表征了所制备的催化剂的物理化学性质。此外,用旋转圆盘电极测试了其在碱性条件下对氧还原反应的催化活性和选择性。实验结果表明:氮气热解后铁以三氧化二铁的形式负载于有序介孔氮掺杂碳中,其比表面积达到755 cm^2·g^-1。拉曼和X射线光电子能谱结果表明,加入铁前驱体后所制备的催化剂石墨化程度有所提升、阻抗降低、导电性增加。在碱性条件下,Fe2O3@NC催化剂呈现出4电子氧还原反应,其起始电位(-0.01 V vs Ag/AgCl)和半波电位(-0.13 V vs Ag/AgCl)与商用20%Pt/C相当。此外,该催化剂具有较好的抗甲醇性能且其恒电压稳定性优于商用Pt/C。Fe2O3@NC催化剂用于锌-空电池放电测试,其放电功率可以达到88 mW·cm^-2,是商用Pt/C的1.29倍。     

血红蛋白在裸银电极上的直接电化学及其分析应用

报道了血红蛋白(Hb)在裸银电极上的电化学氧化还原行为。在+0.4～-0.2V(vs.SCE)电位范围内于pH=4.5的0.1mol/LNaAc-HAc底液中,血红蛋白产生一对灵敏的氧化还原峰。峰电位之差△E为0.25V(扫描速度20mV/s).动力学研究表明:电极反应的电子转移数n为0.94,表现电子传递速率常数Ks为0.032.连续电位扫描30min,峰电流变化分别为0.2μA(还原峰)和0.15μA(氧化峰).两峰与血红蛋白浓度在2×10^-7～2×10^-6mol/L和2×10^-6～1.5×10^-5mol/L范围内均呈良好线性关系,已应用于血红蛋白的分析测定。     

纳米碳管电极上氧的电催化还原

以聚四氟乙烯为粘结剂制成了多壁纳米碳管（MWNT）电极.采用恒电位阶跃法和循环伏安法研究了MWNT电极在碱性溶液中的电化学行为，并对碱性溶液中溶解氧在该电极上的电化学还原行为进行了研究.实验结果表明： MWNT电极具有比石墨电极更高的孔隙率和电化学表面积；MWNT电极上O2还原成的反应为准可逆过程；在5～50 mV•s－1的扫描速率范围内，阴极峰电流与扫描速度成线性关系，表明MWNT电极上O2还原成的反应受吸附控制；对碱性溶液中的氧还原反应， MWNT比石墨具有更高的催化活性.