金电极析氢反应过程中吸附氢原子的表面扩散及复合反应动力学研究

用特别设计的以平面金电极为工作电极,以Nafion膜为固体电解质的实验装置,对金电极析氢反应过程中吸附氢原子的表面扩散及吸附氢原子复合为氢分子的反应进行了定量研究,发现吸附氢原子在金表面上的扩散及复合反应引起了电流增加.对这一随时间变化的电流增加数据进行计算机模拟和数值拟合,得到金电极析氢反应中吸附氢原子的表面扩散系数、复合反应常数及其它动力学参数,并对数据进行了讨论.     

研究表面扩散的双电解池方法及其在铂钌二元金属电催化研究中的应用

本文介绍一种由各自质子交换膜(作为电解质),参比电极和对电极在同一个工作电极上建立两个空间分离的、可独立控制的双电解池系统.它能够由第1个恒电位仪控制的第1电解池的工作电极产生某种吸附中间物,该中间物通过表面扩散到达第2个电解池的工作电极后,在第2个恒电位仪的控制下得到电化学检验.应用这一装置测量了铂电极上欠电势沉积的含氧吸附物种的表面扩散系数,并研究模拟铂钌电极电氧化有机小分子产生的毒性中间物与表面含氧吸附物种的相互作用.在质子交换膜燃料电池的燃料极的工作电势下,没有发现钌表面产生的含氧吸附物种扩散到铂的表面.作者据此假设Pt Ru协同催化作用的实现可能是由于铂上毒性中间物的表面扩散速率非常慢,限制了向钌表面的溢流速率.只有当Pt Ru边界足够大,中间物在铂表面扩散途径非常短时才能形成足够的流速,并在钌表面被表面含氧物种氧化成CO2,使铂表面被重新活化.     

氢原子在金属锂表面台阶附近吸附和表面扩散行为的ab initio研究

取Li_7H和Li_9H两个原子簇模拟氢原子与含台阶的金属锂表面的相互作用,以小基组用abinitio方法计算了体系的吸附和表面扩散势能面(或势能曲线),结果表明:(1)对Li_7H体系,台阶面附近沿垂直于边棱方向存在三种不同的桥位吸附位,最稳定的吸附位在上台面接近台阶边棱处,台阶面显著地改变了表面扩散活化能,台阶边棱处有一个较高的势垒,于是,迁移原子将会在台阶边棱处受到反射,并可被捕获于台阶面上及其附近,由势能面确定了最低能量表面扩散途径,(2)对Li_9H体系,在Li_7H原子簇基础上增加次表面层两个锂原子后,表面扩散活化能略有减小,氢原子在上台面的桥位吸附更趋稳定,各吸附位相对稳定性及势垒几何位置几无改变,这些结果显示了台阶面对氢原子的化学吸附和表面扩散发生扰动,台阶边棱对表面扩散起着重要作用。     

氢原子在金属锂表面台阶附近吸附和表面扩散行为的ab initio研究

取Li7H和Li9H两个原子簇模拟氢原子与含台阶的金属锂表面的相互作用, 以小基组用ab initip方法计算了体系的吸附和表面扩散势能面(或势能曲线)。结果表明: (1)对Li7H体系, 台阶面附近沿垂直边棱方向存在三种不同的桥位吸附位, 最稳定的吸附位在上台面接近台阶边棱处, 台阶面显著地改变了表面扩散活化能, 台阶边棱处有一个较高的势垒。于是, 迁移原子将会在台阶边棱处受到反射, 并可被捕获于台阶面上及其附近。由势能面确定了最低能量表面扩散途径。(2)对Li9H体系, 在Li7H原子簇基础上增加次表面层两个锂原子后, 表面扩散活化能略有减小, 氢原子在上台面的桥位吸附更趋稳定, 各吸附位相对稳定性及势垒内何位置几无改变, 这些结果显示了台阶面对氢原子的化学吸附和表面扩散发生扰动, 台阶边棱对表面扩散起着重要作用。     

氢原子在镍台阶面上吸附、振动和表面扩散行为的理论研究

本文用对势方法研究了氢原子在Ni(510)台阶面上的吸附和振动, 计算结果与实验符合得很好。并考察了氢原子在Ni(997)台阶面上的吸附和扩散, 结果表明,台阶对下台面上扩散的氢原子开成捕获势阱, 对上台面扩散的氢原子形成反射势,这也很好地支持了实验结果。     

表面扩散对CO氧化反应一级相变点的影响：蒙特卡罗模拟

CO氧化反应无论在化学工业还是在环境保护化学中都占有重要一席，特别是它常被用作研究多相催化反应基本过程的模型反应．研究表明，这一反应体系具有复杂的动力学行为，其中包括表面吸附物种的动力学相变、速率振荡和催化剂表面的结构重排等四人们还发现，当CO和O。按化学计量     

纳米碳纤维的表面改性对水电解析氢反应催化活性的影响

主要研究纳米碳纤维(CNF)的表面改性对析氢反应(HER)催化活性的影响. 首先采用一种简单易行的超声处理方法, 以混酸(浓硫酸和浓硝酸)为溶剂对CNF进行了表面化学处理, 以在其表面引入含氧(CNF-OX)官能团, 然后将CNF-OX在氨水中超声处理, 以引入含氮(CNF-ON)官能团, 以及将CNF-OX和硼酸混合经高温热解对CNF-OX进行掺B处理(B-CNF-OX). XPS结果表明, 超声处理可以成功地在CNF表面引入含氧和含氮官能团, 硼酸高温处理可以掺入B原子. 电化学测试结果表明, 经过表面改性后的CNF的HER催化性能都要好于未处理过的CNF-UN, 其中N掺杂的CNF-ON表现出最好的HER催化活性, 且CNF-OX经掺B处理后, B-CNF-OX的性能也较CNF-OX有所增强, 即三者的催化活性大小如下: CNF-OX     

Monte Carlo模拟表面上吸附态物种的迁移对反应行为的影响

用MonteCarlo方法研究了非均相催化剂表面吸附态氢原子的迁移对催化反应活性的影响,模拟结果表明,吸附态氢原子扩散很慢时,表面活性位很快被氢原子饱和,转换频率TOF增大到一定程度时很快下降;而当表面吸附态氢原子的扩散速率达到足够大的程度时,TOF将不再受氢原子扩散的影响.     

纳米银对表面吸附镝配合物的荧光增强效应研究

研究了不同粒径的纳米银对镝配合物(乙二胺四乙酸配合物)的光谱学性质影响。当配合物溶液的pH值范围为4.0～6.0时,加入纳米银,可观察到大量的纳米银聚集体形成,而在吸收光谱的长波处出现一个新的吸收峰,随着纳米银浓度的增加,该吸收峰逐渐红移,同时,镝配合物的荧光强度增强。实验结果表明,纳米银粒子对镝配合物的荧光增强效应及荧光增强因子与纳米银粒子的浓度和粒径密切相关。随着纳米银浓度的增加,配合物的荧光强度先增强而后又逐渐降低。小粒径的纳米银对镝配合物的荧光增强因子较小。本文从纳米银粒子的聚集效应、局部电磁场增强效应及光吸收效应等方面探讨了纳米银对表面吸附镝配合物的+荧光增强效应机理。     

载体对Pt/WO_3-ZrO_2催化临氢异构反应性能的影响

以平衡吸附过氧钨酸的水合氧化锆为前驱体,经焙烧得到WO_3-ZrO_2固体酸,并采用XRD、UV-vis、NH_3-TPD等手段考察了过氧钨酸吸附液浓度及焙烧温度对WO_3-ZrO_2固体酸组成、结构及酸性的影响。通过BET、H_2-TPR、H_2-TPD等表征手段和正戊烷临氢异构反应,考察了负载铂后相应催化剂的结构、还原与氢吸附性质及其催化正戊烷临氢异构反应的性能。结果表明,焙烧温度为700℃时,随着吸附液浓度的增加,所得载体酸度及相应催化剂比表面积均先增加后减小,且在吸附液浓度为82 mmol W/L时达到最大值。吸附液浓度为59 mmol W/L时,随着焙烧温度的升高,所得载体四方相氧化锆含量、酸度及相应催化剂比表面积均降低。吸附液浓度为82 mmol W/L、焙烧温度为700℃所得载体负载0.5%(质量分数)铂后催化活性最高。该催化剂在250℃常压临氢操作、n(H_2)/n(n-C_5H_(12))为3、WHSV为1.0 h~(-1)的条件下,催化正戊烷异构反应中异戊烷收率可达57.7%。     

在纳米晶Co－Mo／Ni复合电极上的析氢反应

采用复合电镀的方法将不同球磨时间制备的高催化活性的纳米晶Ｃｏ－Ｍｏ合金粉直接镀在电极表面,用稳态极化曲线及交流阻抗技术测试了这些电极析氢的电化学活性,并用Ｘ射线衍射、透射电镜及Ｘ射线光电子能谱、扫描电镜监测了Ｃｏ－ＭＯ合金粉的物相结构、晶粒尺寸和复合镀层的成份、形貌,实验结果表明,Ｃｏ－Ｍｏ纳米晶合金粉有较高的析氢催化活性。球磨使钴钼粉合金化成为纳米晶,一方面增加了复合镀层的真实表面积,另一方面由于纳米晶合金具有高比例的表面活性原子,致使析氢活化能降低,加快了析氢反应,研究表明在不太高温度下,电化学脱附的活化能和整个析氢反应的活化能一致。说明电化学脱附为速度控制步骤。     

Ni—Mo合金复合镀层上的析氢反应

用稳态极化曲线及交流阻抗等电化学技术研究了不同沉积条件（沉积温度、沉积时间、沉积电流、镀液组成）所得纳米晶Ｎｉ－Ｍｏ合金复合镀层上的析氢反应，并用扫描电镜及Ｘ光能谱监测了电极表面的形貌及镀层组成，实验结果表明：沉积温度３０℃、沉积７２００ｓ，较大的沉积电流及含钼镀液对析氢更为有利     

球磨形成的Ni-Mo纳米晶复合镀层上的析氢反应

采用复合电镀的方法将不同球磨时间制备的高催化活性的纳米晶，Ｎｉ－Ｍｏ合金粉直接镀于电极表面，并用稳态极化曲线及交流阻抗技术测试了这些电极析氢的电化学活性，同时用Ｘ射线衍射，透射电镜及扫描电镜监测了Ｎｉ－Ｍｏ合金粉的物相结构，晶粒尺寸及复合电极表面的形貌，并初步探讨了这些复合电极的析氢机理，实验结果表明，球磨不仅可使镍钼粉合金化成为纳米晶，同时随着球磨时间的增加，纳米晶晶粒继续细化，电极的析氢催化活     

氢气在贮氢合金电极上析出反应机理的研究

贮氢合金电极上氢气的析出反应分为水分子的放电和吸附氢原子复合脱附两个步骤，即反应按Ｖｏｌｍｅｒ－Ｔａｆｅｌ机理进行，反应的超电势η可以区分为η１和η２两个组成部分，反映了Ｖｏｌｍｅｒ和Ｔａｆｅｌ反应的极化特征。析氢反应的速度由二者混合控制，在高超电势区，主要则由Ｖｏｌｍｅｒ反应所控制。     

Temperature Effect on Hydrogen Evolution Reaction at Au Electrode

The temperature dependence of hydrogen evolution reaction (HER) at a quasi-single crys-talline gold electrode in both 0.1 mol/L HClO₄ and 0.1 mol/L KOH solutions was investigated by cyclic voltammetry. HER current displays a clear increase with reaction overpotential (η) and temperature from 278～333 K. In 0.1 mol/L HClO₄ the Tafel slopes are found to increases slightly with temperature from 118 mV/dec to 146 mV/dec, while in 0.1 mol/L KOH it is ca. 153±15 mV/dec without clear temperature-dependent trend. The apparent activation energy (Ea) for HER at equilibrium potential is ca. 48 and 34 kJ/mol in 0.1 mol/L HClO₄ and 0.1 mol/L KOH, respectively. In acid solution, Ea decreases with increase in η, from Ea=37 kJ/mol (η=0.2 V) to 30 kJ/mol (η=0.35 V). In contrast, in 0.1 mol/L KOH, Ea does not show obvious change with η. The pre-exponential factor (A) in 0.1 mol/L HClO₄ is ca. 1 order higher than that in 0.1 mol/L KOH. Toward more negative potential, in 0.1 mol/L HClO₄ A changes little with potential, while in 0.1 mol/L KOH it displays a monotonic increase with η. The change trends of the potential-dependent kinetic parameters for HER at Au electrode in 0.1 mol/L HClO₄ and that in 0.1 mol/L KOH are discussed.     

Intensifying Hydrogen Spillover for Boosting Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction

Hydrogen spillover has attracted increasing interests in the field of electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) in recent years because of their distinct reaction mechanism and beneficial terms for simultaneously weakening the strong hydrogen adsorption on metal and strengthening the weak hydrogen adsorption on support. By taking advantageous merits of efficient hydrogen transfer, hydrogen spillover-based binary catalysts have been widely investigated, which paves a new way for boosting the development of hydrogen production by water electrolysis. In this paper, we summarize the recent progress of this interesting field by focusing on the advanced strategies for intensifying the hydrogen spillover towards HER. In addition, the challenging issues and some perspective insights in the future development of hydrogen spillover-based electrocatalysts are also systematically discussed.     

平面铂电极上吸附氢原子表面扩散系数的测定

This Paper describes an experimental method that established a local Pt/Nafion interface on the Platinum Plane, so that the boundary conditions and the initial condition of the (diffusion equation about the diffusion of adsorbed hydrogen atom the platinum plane can be controlled. The average diffusion coefficient of underpotential deposition of hydrogen on a surface of platinum was obained for the first time and D=1.50 ×10-4cm2•s-1.The accuracy of the datum was discussed.     

Ni-WC复合电极在弱酸性介质中的析氢催化性能

复合电沉积技术可以用来获得许多具有特殊功能的表层复合材料[1]．其中，用来制各具有电催化活性的表层功能复合材料，引起了人们的极大兴趣[2－4]．对酸性介质中氢的析出反应，金属和合金电催化作用的研究已有不少报导[5－8]，但金属基复合物电催化作用研究的报告，尚不多见．本研究工作米用复合电沉积方法制备WC微粒弥散于Ni中的复合镀层，考察了其在弱酸性介质中析氢反应的电催化性能．1实验制各Ni－WC复合电极的基础镇液组成为NiSO4·6H2O310g·L－1，NiCl2·6H2O50g·L－1，H3BO340g·L-1．所用试剂均为分析纯级，用去离子水…     

Synthesis of Tungsten Oxide Nanorods by the Controlling Precipitation Reaction: Application for Hydrogen Evolution Reaction on a WO3 Nanorods/Carbon Nanotubes Composite Film Modified Electrode

Tungsten trioxide nanorods (WO₃) were prepared by controlling the precipitation reaction of sodium tungstate dehydrates solution and hydrothermal process. The synthesized tungsten trioxide nanorods have been characterized by X‐ray diffraction (XRD), energy dispersive spectroscopy (EDS), scanning electron microscopy (SEM), cyclic voltammetry (CV) and linear sweep voltammetry (LSV). Electrochemical activity for hydrogen evolution reaction (HER) on WO₃ nanorods / carbon nanotube (WO₃/CNT) composite electrocatalyst was first studied in acid solution (0.1 M H₂SO₄) at room temperature. The overall experimental results revealed that the electrocatalytic activity for HER on WO₃/CNT is two order magnitude higher than those obtained with WO₃ nanorods and is four times than in the case of commercial WO₃ in 0.1 M H₂SO₄. On the other hand, the kinetic reaction mechanisms were discussed on WO₃/CNT electrocatalysts in acid solution for HER. However, the rate‐determining step carries through Tafel reaction on commercial WO₃, CNT, WO₃ nanorods and WO₃/CNT electrocatalysts in acidic solution was introduced.