利用K-L方程估算旋转圆盘电极体系反应动力学电流的误差来源分析

旋转圆盘电极（RDE）体系主要用于低溶解度反应物的电极过程动力学研究. 在利用RDE技术研究不可逆电极反应动力学时,人们常利用Koutecky-Levich方程排除传质的影响,从总电流估算反应的动力学电流. 由于K-L方程是建立在系统满足稳态扩散模型的基础上,实际运用时如果体系偏离稳态扩散,就有可能对估算的动力学参数造成很大误差. 本文以氧气在多晶铂电极上的还原反应为例系统地估算了不同氧气浓度与电极转速下的误差,结果表明低氧气浓度与低圆盘转速的情况不满足稳态扩散条件,若此时仍根据K-L方程利用外推法进行分析,误差可达30%. 因此作者建议,在RDE体系中利用K-L方程估算动力学参数时,最好忽略低浓度与低转速下的数据,直接使用较高浓度与较高转速下的数据进行计算与分析.     

Y2O3添加对Yb2Si2O7无压烧结致密化的影响

以Yb2O3粉末和溶胶-凝胶法制备的活性SiO2凝胶为原料,在1550℃保温4h合成了具有单斜结构的单相Yb2Si2O7粉体.采用无压烧结方法获得了Yb2Si2O7陶瓷.通过添加Y2O3烧结助剂,获得了气孔率为3.2;的致密Yb2Si2O7陶瓷.采用XRD、SEM方法对烧结体的结构、成分和形貌进行测试与表征.结果表明:烧结体均为单相的Yb2Si2O7,不含其它杂质相.Y2O3的添加大大降低了烧结体的气孔率,促进了烧结的致密化.所得致密Yb2Si2O7陶瓷的平均晶粒尺寸为1～2 μm,大部分晶粒为颗粒状晶粒.     

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.     

Pt电极上CO的同位素取代吸附机理研究

本文依据偶极耦合理论和相干势近似方法,合理选择粗糙电极上吸附分子的频率分布函数、一氧化碳(CO)吸附层的结构参数以及偶极耦合作用常数,对13CO/12CO同位素取代过程记录的红外光谱进行了拟合.研究发现,只有在拟合过程中引入低频CO分子优先取代,就可成功地模拟整个同位素取代过程的红外光谱随表面吸附的13CO/12CO组分的变化,并由此提出了吸附驱动的脱附机理,COad的脱附不是热激发脱附,而是吸附到表面的CO分子为其邻近位置COad的脱附提供能量.伸缩振动频率较低的COad处于台阶或缺陷位等较开阔的位置(尽管其吸附能较高),周围有较大的空间,利于来自溶液的CO分子的吸附,因此在台阶或缺陷位优先发生同位素的取代.     

电化学红外光谱研究铂电极上甲酸分解成CO的反应中桥式吸附甲酸根的作用

采用电化学原位红外光谱技术研究了多晶Pt电极上甲酸的分解反应. 研究发现,在恒电位下(0.4 V vs. RHE)从不含甲酸的支持电解质溶液切换到含甲酸的溶液时,CO_ad的生成速率在切换的最初也就是甲酸根的覆盖度为零最大,切换后的1 s内甲酸根的覆盖度达到平衡,而COad的生成速率逐步降低. E由0.75 V变至0.35 V的电位阶跃实验显示：电位阶跃后的瞬间,甲酸根的红外光谱强度迅速降低,而CO_ad的生成强度随时间缓慢增加. 实验表明甲酸根不是甲酸脱水生成CO的反应活性中间体.     

重新审视桥式吸附甲酸根在铂电极上电催化氧化甲酸过程中的作用 (cited: 2)

基于以前报道的电化学原位ATR-FTIRS数据(Langmuir 22,10399 (2006)和Angewa. Chem. Int. Ed., 50,1159 (2011)),详细讨论了甲酸在铂电极上电催化氧化机理及动力学过程．提出了直接反应路径的动力学模型,即甲酸吸附(同时C-H键活化)作为此反应的决速步骤,此反应路径贡献甲酸氧化反应的大部分电流．该动力学模型可以很好地拟合在无CO毒化影响和浓度在0.1 mol/L以下的红外光谱结果．这种机理预测了甲酸氧化直接途径可能只需要一个Pt原子作为反应位点,甲酸根阻碍活性位点,并非为反应中间物．另外还详细检验了之前其他小组曾提出的甲酸根途径(一级或二级反应)为甲酸氧化直接途径,并指出了引起分歧的原因．     

聚芳酰胺-多壁碳纳米管混合物固定漆酶电极的电化学行为

以聚芳酰胺-多壁碳纳米管混合物为载体,利用漆酶表面氨基与聚芳酰胺主链端羧基的共价偶联以及碳纳米管与漆酶间的疏水作用,构筑了具有较高稳定性和电催化活性的漆酶修饰电极.并对该固酶修饰电极的固酶量、酶活力、电化学行为及其电催化氧还原的性能进行了表征.对漆酶分子具有亲和力的聚芳酰胺芳环结构及聚芳酰胺端羧基与漆酶表面氨基的共价偶联避免了漆酶的脱落和变性.而碳纳米管与聚芳酰胺的混合使得该三维修饰电极具有良好的电子导电性,并成功地实现了漆酶的氧化还原活性位与电极之间的直接电荷转移,这一点可由在0.73和0.38V附近观察到漆酶的T1和T2(漆酶的T1,T2铜活性位的形式电位分别为0.78和0.39V(vsNHE))铜活性位的两对氧化还原峰确认.漆酶的担载量为56.0mg·g-1,具有电化学活性的漆酶占总担载漆酶量的68%.在pH=4.4磷酸盐缓冲溶液中,该修饰电极上氧气还原的起始电位为0.55V,其对氧气的米氏常数KM为55.8μmo·lL-1,对氧气的检测限为0.57μmo·lL-1.在4℃下保存两个月后能实现直接电荷转移的漆酶量仅下降了14%左右而氧还原超电势提高了约50mV.结果表明该修饰电极有望用作酶基生物燃料电池的阴极和电流型氧气传感器.     

钯电极活性表面积的计算

通过测量双电层电容、氧化物还原、欠电位沉积铜和一氧化碳脱附的电量四种方法估算了多晶钯电极的活性表面积. 结果表明,使用第二和第三种方法计算得到的钯电极活性表面积有较好的一致性,误差小于5%,为了使另外两种方法计算得到的面积与之相近,推断单位面积双电层电容双电层电容23.1±0.4 μF/cm² ,饱和吸附一氧化碳的覆盖度大约为0.66 ML,讨论了使用这些方法在确定多晶钯电极活性面积时的关键步骤及适用性.     

利用交流阻抗谱揭示Ir(111)电极在酸性溶液中的氢吸附动力学

本文利用阻抗谱研究Ir(111)电极在HClO₄和H₂SO₄中溶液中的氢吸附行为. 在HClO₄溶液中,随着施加电位从0.2 V降到0.1 V(vs RHE),Ir(111)电极上氢吸附速率从1.74×10^-8 mol·cm^-2·s^-1增大到 3.47×10^-7 mol·cm^-2·s^-1 . 与相同条件下Pt(111)电极上的氢吸附速率相比,Ir(111)上的氢吸附速率要小1∽2个数量级,这是由于Ir(111)电极与H₂O结合能力更强,因此位于水合氢键网络中的氢离子需要克服更高的能垒才能重新定向进而发生欠电位沉积. 在H₂SO₄溶液中,氢吸附电位负移了200 mV,吸附速率也下降了一个数量级,这是由于Ir(111)电极表面强吸附的硫酸根/硫酸氢根物种的阻碍作用. 结果表明,在电化学环境下,位于电极表面附近的水分子的取代和重新定向在很大程度上影响了氢吸附过程.     

Ni(Ⅱ)掺杂分层多孔Cu-BTC高效去除水体中的四环素

制备了Ni（Ⅱ）掺杂的分级多孔金属有机骨架材料（HP-Ni-Cu-BTC,H₃BTC=均苯三甲酸）,并将其作为吸附剂去除四环素（TC）。研究表明,Ni（Ⅱ）的掺杂和分级多孔结构显著提高了TC的吸附容量,是微孔Cu-BTC的3.28倍。吸附动力学和吸附等温线结果证明,化学吸附在吸附反应中占主导地位,TC在HP-Ni-Cu-BTC上的吸附是通过在非均质吸附剂表面的多层吸附进行的。此外,在循环实验中,重复使用4次后,HP-Ni-Cu-BTC仍然还有71.45% 的吸附效率,说明其有良好的可重复使用性。