氢氧化钠水溶液体系中金属铬的电化学氧化过程

铬铁电氧化溶出技术是一种全新的制备铬酸钠的方法,具有反应条件温和、过程可控、工艺环保等优点,然而金属铬在NaOH水溶液中的电化学氧化过程尚不明确. 本文采用循环伏安法（CV）和阳极极化法（LSV）对金属铬在NaOH水溶液中的电化学氧化过程进行研究. 使用EDS、SEM、XRD和XPS对电解前后的金属铬表征,判断中间物的产生,使用紫外可见分光光度计验证电解液中生成了铬酸钠. 结果表明,金属铬和中间产物Cr(OH)₃可能依次发生电化学氧化直接生成Na₂CrO₄,阳极极化为金属铬的活化. 随着NaOH溶液浓度的增加,Cr(OH)₃和Na₂CrO₄的生成量在增加,金属铬电化学氧化制备铬酸钠的适宜条件为碱浓度≥ 2 mol·L^-1,阳极电势≥ 1.6 V（vs. SCE）.     

非理想性对B-Z反应体系时间自组织的影响

从理论和实验上研究了非理想性对B-Z反应体系时间自组织行为的影响,重点考察了加入惰性电解质对B-Z反应体系振荡周期的影响,按照Oregonator模型,通过小寄生参数法动力学理论分析表明,非理想性对B-Z反应体系振荡周期的影响体现在振荡周期与铈离子的活度系数成反比,而且惰性电解质的加入使得振荡周期进一步加长.通过一系列实验观测,原则上得到了与理论分析一致的结论.     

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%.     

电化学石英晶体微天平研究碱性介质中单层级铂原子修饰的金电极上甲醇的电催化氧化

通过在Au电极表面欠电位沉积(UPD)Cu、再与Pt源(H2PtCl6或K2PtCl4)进行置换反应,制得单层级Pt原子修饰的金电极(对H2PtCl6或K2PtCl4,所制电极分别记为Pt(CuUPD-Pt4+)n/Au或Pt(CuUPD-Pt2+)n/Au,n表示欠电位沉积-置换过程的重复次数).用电化学石英晶体微天平(EQCM)技术定量研究了所制电极,评估了其在碱性环境中催化甲醇氧化的质量比活性(SECA).结果表明,以H2PtCl6为Pt源所制电极(Pt(CuUPD-Pt4+)3/Au)的活性更高,最大SECA高达35.7mAμg-1.根据EQCM结果计算了置换效率,籍此讨论了Pt原子在Au电极表面的层层组装结构,发现所制电极表面的裸Au位点分布百分数与实验结果(由AuOx还原峰电量测算)吻合.我们认为,EQCM技术是一种定量研究电极支撑的超薄催化剂的有效手段,这种高效的单层级贵金属催化剂有望在生物、能源、环境相关的电催化研究中进一步应用.     

Pt电极上甲酸电催化氧化机理研究进展

本文综述了甲酸在铂电极上电催化氧化机理的实验和理论研究进展. 铂电极甲酸的电化学氧化主要有两种途径：1）间接途径,甲酸经由CO中间物氧化为最终产物CO₂,室温下该途径对总电流贡献不超过1%;2）直接途径,甲酸直接氧化生成CO₂. 作者课题组对文献中桥式吸附甲酸根是否是甲酸氧化反应直接途径的反应中间物的争论进行了详细的分析和探讨,认为桥式吸附的甲酸根不是间接途径中生成CO的前驱体,也不是甲酸直接氧化途径的中间物. 作者课题组还指出了支持甲酸根是甲酸直接氧化途径的反应中间物的推论的问题所在.     

偏钒酸钠对甲酸在Pd/C催化剂上氧化的电催化性能影响的机理

直接甲酸燃料电池的两大问题是Pd催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性不好和Pd能催化甲酸分解。研究发现,当Pd/C在偏钒酸钠溶液中浸泡后能吸附上VO3-,吸附上VO3-的Pd/C催化剂对甲酸分解的催化性能会大大降低,由甲酸分解产生的CO的量也大大降低,使Pd/C催化剂被CO毒化的几率也大大降低,因此,在偏钒酸钠溶液中浸泡后的Pd/C催化剂对甲酸氧化的峰电流密度要比没有浸泡的Pd/C催化剂高13%左右。计时电流曲线的测量表明,6000 s时在偏钒酸钠溶液中浸泡后的Pd/C催化剂对甲酸氧化的峰电流密度要比没有浸泡的Pd/C催化剂高42%左右。结果证明,在偏钒酸钠溶液中浸泡能提高Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性,特别是电催化稳定性。     

苯胺和环氧丙烷共聚物电催化氧化甲酸

 采用循环伏安法制备了苯胺和环氧丙烷导电高分子共聚物(PAN-PPO)电极,研究了其对甲酸氧化的电催化性能. 结果表明,PAN-PPO对甲酸氧化具有较高的催化活性,其催化性能稳定. 研究了PAN-PPO电催化甲酸氧化的动力学特征. 结果表明,甲酸在PAN-PPO上可能直接经电催化氧化生成CO2,此反应受液相扩散控制,扩散系数为1.32×10-7 cm2/s,反应级数为1.     

电解液中的乙二胺四甲叉膦酸对甲酸在炭载Pd催化剂上电氧化性能的影响

利用X射线能量色散(EDS)谱、X射线衍射(XRD)谱、透射电子显微镜(TEM)和电化学等技术研究了在电解液中添加乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)对甲酸在Pd/C催化剂上电氧化性能的影响. 结果表明, 当EDTMP添加的浓度为0.5 mmol/L时, Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性最好. 这主要归结于吸附在Pd/C催化剂表面的EDTMP不但能通过基团效应降低CO的吸附量, 还能抑制Pd/C催化剂催化甲酸分解的速率, 从而减少了CO的毒化作用. 但当EDTMP的浓度大于0.5 mmol/L时, 吸附过多的EDTMP反而会占据Pd的活性位点, 降低催化作用.     

碳纳米粒子支撑的钯纳米催化剂在甲酸氧化中的电催化活性

采用化学还原法制备了碳纳米粒子支撑的钯纳米结构(Pd-CNP). 透射电镜表征显示在Pd-CNP纳米复合物中,金属Pd呈菜花状结构,粒径约20~30 nm。它们由许多更小的Pd纳米粒子（3~8 nm）组成. 电化学研究表明,虽然Pd-CNP的电化学活性面积比商业Pd黑低40%（可能原因是部分Pd表面被一层碳纳米粒子覆盖）,但其对甲酸氧化却表现出更好的电催化活性：质量比活性和面积比活性都比Pd黑高几倍. 催化活性增强的原因可能是碳纳米粒子支撑的Pd纳米结构具有特殊的层次化结构,可以形成更多的活性位,以及表面位更利于反应进行.     

磷钨酸修饰活性炭载Pd催化剂的制备及对甲酸氧化的电催化性能简

通过水浴浸泡制备了磷钨酸(PWA)修饰的活性炭(PWA/C),再通过液相还原法将Pd沉积于PWA/C复合载体上制备了Pd-PWA/C催化剂. 采用X射线能量色散(EDS)谱、X射线衍射(XRD)谱、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对产物进行表征. 结果表明,磷钨酸修饰活性炭不仅能有效降低Pd纳米粒子的粒径,而且与Pd纳米粒子间发生了强烈作用. 电化学测试结果显示,Pd-PWA/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性均远优于Pd/C催化剂,这是由于Pd与PWA/C间的强烈作用既能有效降低CO在催化剂上的吸附强度和吸附量,又能降低甲酸分解的速率,从而减弱CO的毒化作用.     

水热氧化法制备γ-Mn2O3

研究了用电化学方法制备的铂微粒修饰的聚２,５二甲氧基苯胺电极对甲酸的电催化氧化,用ＳＥＭ、ＸＰＳ表征了这种电极材料的表面结构,结果表明,这种复合电极对甲酸在酸性介质中电化学氧化具有很高的催化活性,较之裸铂电极其催化电流提高１００多倍．循环伏安法制备的铂微粒较均匀地分布在聚合物上,其粒径大约为３００ｎｍ．研究了铂微粒载量、阴离子种类、反应温度和浓度等因素对电极催化活性的影响．     

壳层厚度可调控的Ag@Pd@Pt纳米粒子的合成和甲酸电催化研究

在本课题组研究55 nm Au@Pd@Pt对甲酸电催化效果基础上,我们采用Ag取代Au制备55 nm Ag@Pd@Pt纳米粒子以降低催化剂的成本,并对甲酸的电催化行为进行研究. 研究表明：少量Pt的存在可大幅度提高催化剂的活性,当Pt的覆盖度为0.5 单原子层（ML）时,起始氧化电位最为靠前,氧化峰电流最大,这与Au@Pd@Pt纳米粒子对甲酸电催化行为类似. 与Au@Pd@Pt纳米粒子相比,其最佳起始氧化电位偏正0.05 V,但电催化活性并没有明显的降低. 通过改变催化剂比表面积研究甲酸的电催化行为,发现将9 nm Ag纳米粒子作为内核的9 nm Ag@Pd@Pt负载在活性炭中,在保持催化活性不变的情况下,碳载的催化剂价格可比55 nm Au@Pd@Pt纳米粒子降低220倍左右.     

不同载体负载Pd催化剂对甲酸的电催化氧化活性比较

应用Hummers法氧化合成氧化石墨(GO), 然后用化学一步还原法制得石墨烯（graphene）负载Pd催化剂. 用同样方法以多壁碳纳米管（MWCNTs）、单壁碳纳米管（SWCNTs）和Vulcan XC-72为载体制备了不同负载型的Pd催化剂. X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)表征表明,在石墨烯载体上Pd纳米粒子粒径较小,且分布均匀. 电化学活性面积(ECSA)、循环伏安(CV)、计时电流(CA)和计时电位(CP)电化学测试显示, 与其它3种碳载体的Pd催化剂相比, 石墨烯负载Pd催化剂对甲酸电催化氧化的催化活性和稳定性最好.     

Tunable Periodically Ordered Mesoporosity in Palladium Membranes Enables Exceptional Enhancement of Intrinsic Electrocatalytic Activity for Formic Acid Oxidation

Developing superior electrocatalysts for formic acid oxidation (FAO) is the most crucial step in commercializing direct formic acid fuel cells. Herein, we electrodeposited palladium membranes with periodically ordered mesoporosity obtained by asymmetrically replicating the bicontinuous cubic phase structure of a lyotropic liquid‐crystal template. The Pd membrane with the largest periodicity and highest degree of order delivered up to 90.5 m² g^?1 of electrochemical active surface area and 3.34 A mg^?1 electrocatalysis capability towards FAO, 3.8 and 7.8 times the values of the commercial Pd/C catalyst, respectively. By controlling the temperature and potential of the electrodeposition procedure, the periodicity area and order degree of the mesoporosity are highly tunable. These Pd membranes gave prototype formic acid fueled cells with 4.3 and 2.4 times the maximum current and power density of the commercial Pd/C catalyst.