碳材料电化学腐蚀的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法研究 II:催化剂的影响

用MSCV法研究了Pt催化剂作用下, 碳材料在PH0.3～11.8范围内的阳极腐蚀.Pt催化剂明显加速了活性炭及乙炔黑的腐蚀速度, 使这两种电极上CO2开始析出的电位ΦO2/H2O。因此两种碳电极无论作为阳极还是氧阴极工作时均会被腐蚀。Pt对乙炔黑的催化活性明显强于活性炭, 对于活性炭, Pt并不改变CO2的ΦS-PH曲线的形状(ηS-CO2如析出的超电势)(即无论有无Pt它们均为折点在PH～7折线)。然而乙炔黑的情况更为复杂, Pt使CO2的ΦS-PH及ηS-PH形状从折线变为直线; 在CO2的IM-Φ曲线上出现两个波。它们似与乙炔黑上两种表面氧化物相对应。     

碳材料电化学腐蚀的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法研究 Ⅱ.催化剂的影响

用MSCV法研究了Pt催化剂作用下,碳材料在pH 0.3～11.8范围内的阳极腐蚀.Pt催化剂明显加速了活性炭及乙炔黑的腐蚀速度,使这两种电极上CO_2开始析出的电位φ_s明显负移,以致均负于φ_(O_2/H_2O).因此两种碳电极无论作为阳极还是氧阴极工作时均会被腐蚀.Pt对乙炔黑的催化活性明显强于活性炭.对于活性炭,Pt并不改变CO_2的φ_s-pH及η_s-pH曲线的形状(η_s-CO_2开始析出的超电势)(即无论有无Pt它们均为折点在pH～7的折线).然而乙炔黑的情况更为复杂.Pt使CO_2的φ_s-pH及η_s-pH形状从折线变为直线;在CO_2的I_(M-φ)曲线上出现两个波.它们似与乙炔黑上两种表面氧化物相对应.     

碳材料电化学腐蚀的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法的研究: I. 溶液pH值对不同 碳材料的影响

用MSCV法研究了活性炭及乙炔黑在pH1-12范围内的电氧化,两种炭的φ~s、η~s与pH的关系(φ~s及η~s是CO~2开始析出的电位及超电位)以及I~M、φ~I与pH的关系(I~M、φ~I分别为给定电位下的质谱强度及给定I~M下的电位)均为一折点在的pH～7的折线。这暗示酸、碱介质中有不同的氧化机理。pH>7时,η~s及Tafel斜率b均较pH<7时的大。似可推断在酸性介质中形成CO~2所需的氧原子来自水分子放电,其活性明显大于来自碱性溶液中OH^-放电产生的氧原子。因而在酸性介质中炭氧化为CO~2较碱性介质中易于进行。两种炭之间氧化活性亦有明显区别。活性炭的φ~s比φⅲ(O~2/H~2O)负400-600mV;乙炔黑的φ~s则接近或正于φⅲ(O~2/H~2O)。前者的I~M及b均后者大。乙炔黑较低的氧化活性可归因于其较高的有序性结构。     

碳材料电化学腐蚀的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法的研究: I. 溶液pH值对不同 碳材料的影响

用MSCV法研究了活性炭及乙炔黑在pH1-12范围内的电氧化,两种炭的φ~s、η~s与pH的关系(φ~s及η~s是CO~2开始析出的电位及超电位)以及I~M、φ~I与pH的关系(I~M、φ~I分别为给定电位下的质谱强度及给定I~M下的电位)均为一折点在的pH～7的折线。这暗示酸、碱介质中有不同的氧化机理。pH>7时,η~s及Tafel斜率b均较pH<7时的大。似可推断在酸性介质中形成CO~2所需的氧原子来自水分子放电,其活性明显大于来自碱性溶液中OH^-放电产生的氧原子。因而在酸性介质中炭氧化为CO~2较碱性介质中易于进行。两种炭之间氧化活性亦有明显区别。活性炭的φ~s比φⅲ(O~2/H~2O)负400-600mV;乙炔黑的φ~s则接近或正于φⅲ(O~2/H~2O)。前者的I~M及b均后者大。乙炔黑较低的氧化活性可归因于其较高的有序性结构。     

碳材料电化学腐蚀的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法的研究 Ⅰ.溶液pH值对不同碳材料的影响

用MSCV法研究了活性炭及乙炔黑在pH1—12范围内的电氧化,两种炭的φ_s、η_s与pH的关系(φ_(?)及η_(?)是CO_2开始析出的电位及超电位)以及I_M、φ_I与pH的关系(I_M、φ_I分别为给定电位下的质谱强度及给定I_M下的电位)均为一折点在的pH～7的折线.这暗示酸、碱介质中有不同的氧化机理.pH>7时,η_s及Tafel斜率b均较pH<7时的大.似可推断在酸性介质中形成CO_2所需的氧原子来自水分子放电,其活性明显大于来自碱性溶液中OH~-放电产生的氧原子.因而在酸性介质中炭氧化为CO_2较碱性介质中易于进行.两种炭之间氧化活性亦有明显区别.活性炭的φ_(?)比φ°(O_2/H_2O)负400—600mV;乙炔黑的φ_s则接近或正于φ°(O_2/H_2O).前者的I_M及b均较后者大.乙炔黑较低的氧化活性可归因于其较高的有序性结构.     

CO在铂修饰的氧化钛电极上电催化氧化行为的研究

通过阴极还原-阳极氧化法制备了Pt—TiO2／Ti电极，研究了CO在该电极上的电化学行为和电极制备条件对CO电催化氧化的影响．结果表明，与Pt电极相比．CO在Pt—TiO2／Ti电极上的氧化峰峰电位负移了100mV，并且表现出较好的稳定性．通过XPS技术对Pt—TiO2／Ti电极进行了表征．发现Pt以金属形式存在，Ti以TiO2形式存在．Pt—TiO2／Ti电极能抗CO中毒的原因可能是因为TiO2的掺杂使引起催化剂中毒的桥式吸附的CO物种在复合催化剂上的吸附率较低所致．     

棒状CeO_2负载Pt催化剂的合成及其电化学性能研究

通过水热法合成棒状纳米Ce O2(Ce O2-R),并将Pt纳米颗粒负载于Ce O2表面,制得甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/Ce O2-R.通过结构与形貌表征,结果表明,Pt/Ce O2-R中Ce O2的暴露晶面为(111)和(002)晶面,改变了Pt周围的电子结构,进而降低了Pt-COads的键能,释放出更多的活性位.另外,Pt纳米颗粒在Ce O2-R表面分散更均匀.利用电化学工作站测试阳极催化剂Pt/Ce O2-R在酸性溶液中的电化学性能,证明Pt/Ce O2-R催化剂的甲醇电氧化性能与抗CO毒害能力较颗粒状Ce O2负载Pt催化剂(Pt/Ce O2-P)都有很大的提高,证明Ce O2-R作为Pt纳米颗粒的载体用于直接甲醇燃料电池的阳极反应具有发展潜力.     

不饱和醇电还原的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法研究:II.炔丙醇的电还原

炔丙醇在多孔Pt黑电极上, 0.5mol.dm^-3HCLO4溶液中电还原的MSCV研究结果表明炔丙醇电还原时既涉及烯丙基C-OH断键反应亦涉及炔丙基上C-OH断键反应生成烃类。此外有少量炔丙醇直接质子化生成部分饱和的烯丙醇。表征各种反应产物的M/Z的质谱电流-电极电位扫描曲线(IM-Φ)详细描绘了各分步反应的图象。各M/Z的1gIM-Φ曲线在一空电位范围内呈线性, 并求得它们的Tafel斜率。依据实验结果对反应机理进行了详细分析。     

不饱和醇电还原的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法研究:II.炔丙醇的电还原

炔丙醇在多孔Pt黑电极上, 0.5mol.dm^-3HCLO4溶液中电还原的MSCV研究结果表明炔丙醇电还原时既涉及烯丙基C-OH断键反应亦涉及炔丙基上C-OH断键反应生成烃类。此外有少量炔丙醇直接质子化生成部分饱和的烯丙醇。表征各种反应产物的M/Z的质谱电流-电极电位扫描曲线(IM-Φ)详细描绘了各分步反应的图象。各M/Z的1gIM-Φ曲线在一空电位范围内呈线性, 并求得它们的Tafel斜率。依据实验结果对反应机理进行了详细分析。     

PEMFC催化剂的研究：自制抗CO中毒Pt-Ru/C电催化剂的性质

用胶体法制备了抗CO中毒PEMFC阳极Pt-Ru/C电催化剂（标记为THYT－2）,对 比研究了THYT－2与Johnson Matthey (JM)公司同类品牌Pt-Ru/C催化剂的电化学及 其它物理化学性能。结果表明,THYT－2电催化剂在甲醇燃料电池和CO／H_2（Φ_ (CO) = 1 * 10~(-4)）的氢氧燃料电池中的电催化行为与JM催化剂相当,但THYT－ 2在低浓度CO氢气燃料中的电池性能更好。两种催化剂的其它物理化学性质具有类 似性：XPS分析结果表明THYT－2和JM催化剂 中都有三种不同价态的Pt存在：即金 属态Pt(0)、氧化态Pt(II)和Pt(IV)。HRTEM测试结果表明两种催化剂的粒径处在2 ～3 mn左右,这可能是它们拥有良好电化学性能的主要原因之一。本文还对催化剂 中Pt与Ru组分的分布和相互作用进行了讨论,提出了改进Pt-Ru/C电催化剂的思路 。     

金属电极上的中和滴定法:II. 不同预处理对Pt电极 pH响应的影响

本文讨论了不同的预处理对Pt电极 pH 响应的影响 。经阴极 极 化或火焰上红热后, Pt电极以Pt(OH)2+Ze-Pt+2OH响应溶液的pH。而经+1.5V(vs.SCE)阳极极化后, 由于Pt电极表面PtO2的快速分解,电极的电位值很快下降, 并逐渐达到稳定值, 稳定后的Pt电极仍以上式响应溶液的pH。用KMnO4溶液浸泡后, Pt电极表面有MnO~2沉积, 并以MnO2+4H^++Ze-Mn^2^++2H2O(PH2-7)ZMnO2+2H^++Ze-Mn2O3+H2O(PH8-12)响应溶液的pH。     

金属电极上的中和滴定法:II. 不同预处理对Pt电极 pH响应的影响

本文讨论了不同的预处理对Pt电极 pH 响应的影响 。经阴极 极 化或火焰上红热后, Pt电极以Pt(OH)2+Ze-Pt+2OH响应溶液的pH。而经+1.5V(vs.SCE)阳极极化后, 由于Pt电极表面PtO2的快速分解,电极的电位值很快下降, 并逐渐达到稳定值, 稳定后的Pt电极仍以上式响应溶液的pH。用KMnO4溶液浸泡后, Pt电极表面有MnO~2沉积, 并以MnO2+4H^++Ze-Mn^2^++2H2O(PH2-7)ZMnO2+2H^++Ze-Mn2O3+H2O(PH8-12)响应溶液的pH。     

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%.     

研磨微电极在粉末材料电化学研究中的应用

用研磨抛光的方法制备了Φ0．1mm的Pt微盘电极(研磨微电极)。用这种研磨微电极研究强碱性溶液中Bi2O3的循环伏安行为时，通过SEM形貌分析和Bi元素X射线能谱分析，认为这种电极具有较高的稳定性。使用这种微电极对常粒Bi2O3、纳米Bi2O3进行了循环伏安研究。结果表明纳米Bi2O3比常粒Bi2O3具有更高的电化学活性。说明研磨微电极可以较好地应用于某些粉末材料的电化学研究中。     

Pt/纳米碳管空气电极氧还原反应的电催化性能

以不同质量比的铂、纳米碳管、活性炭为催化层制备空气电极并测定其稳态极化曲线和交流阻抗.研究发现,纳米碳管经硝酸处理后其氧还原反应性能得到提高,特别是将表面氧化后再沉积Pt,对氧的电还原反应影响更显著.以质量比4∶1的活性炭/纳米碳管载Pt制备的空气电极,在过电位ηc为500～600mV下,氧还原电流可达600～700mA·cm-2.EIS测试表明,纳米碳管载Pt后的欧姆极化阻抗和电化学阻抗均非常小.     

Sm3+对甲醇电化学氧化反应的助催化作用

分别以相同面积的光滑Pt电极和吸附了Sm3+的铂电极作为工作电极,在酸性介质中采用循环伏安法对甲醇氧化进行测定.结果表明,吸附了Sm3+的Pt电极上产生了更大的氧化电流,表明Sm3+的加入对甲醇的电催化氧化起到了促进作用.这一研究结果在直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极催化剂研制方面具有较大的应用潜力.     

负载型Au（Pt）／Co3O4催化上H2与CO的共氧化行为

用共沉淀法制备了Au/Co3O4,Pt/Co3O4及Au- Pt/Co3O4催化剂,并考察了其对H2与CO在O2过量情况下完全共氧化的催化作用。结果表明,在三种催化剂上H2与CO之间都存在复杂且各不相同的相互作用。与Pt/Co3O4催化剂上不同,在Au/Co2O4和Au-Pt/Co3O4催化剂上H2严重抑制CO的氧化。同时,Au-Pt/Co3O4催化剂上H2与CO能够在较低的温度（76℃）下有效地实现完全共氧化。TPR结果表明,与Pt/Co3O4催化剂相比,Au-PtCo3O4催化剂上Au的存在使Pt的还原峰消失。     

非晶TiO2修饰CuBi2O4光阴极增强其光电化学产氢活性

光催化作为太阳能利用领域的研究热点引起了广泛的关注.其中,光电化学技术能够通过分解水提供清洁的氢能源,因此被认为是一种潜在的新能源制造方式.在光电化学分解水产氢的过程中,最重要的是高效光电极的制备.一系列n型半导体材料已被广泛地报道并用作光阳极,如BiVO4,ZnO,Fe2O3等.然而对于光阴极材料,其可选择性则较少.CuBi2O4是一种天然矿物,具有廉价易得以及化学性质稳定的特性,而且是一种p型半导体材料,因此能够用于制备光阴极;另外因为其强的可见光响应(1.70 eV),所以具有广泛的应用前景.目前对于CuBi2O4光阴极研究主要集中在合成和理论计算方面,而对于如何促进界面处的载流子分离研究较少.本文通过一种简单的电沉积方法成功制备出CuBi2O4光阴极,然后利用非晶TiO2和助催化剂Pt进行修饰后将其用于光电化学产氢.由于形成了CuBi2O4/TiO2 p-n结,因此其光阴极活性得到增强.新的Pt/TiO2/CuBi2O4光阴极在0.60 V偏压处的光电流为0.35 mA/cm2,其数值约为Pt/CuBi2O4光阴极的两倍.XRD结果表明,我们制备的CuBi2O4为纯相且结晶性较好,其表面修饰的TiO2为非晶相的.SEM结果表明,CuBi2O4电极层由100-150 nm的颗粒构成.紫外-可见吸收光谱表明,制备的CuBi2O4光电极拥有良好的可见光吸收性质,而且TiO2修饰未对CuBi2O4的光吸收产生明显的影响.XPS结果表明,修饰TiO2并未对CuBi2O4电极造成成分上的破坏.光电化学测试表明,修饰TiO2层厚度和结晶性会影响光电极的最终活性.修饰四层TiO2和退火200 oC的样品具有最好的活性.另外稳定性测试也表明,修饰非晶TiO2的CuBi2O4光阴极具有良好的稳定性.在IPCE测试中,Pt/TiO2/CuBi2O4光阴极在其光响应范围内均比Pt/CuBi2O4光阴极表现出更高的效率.阻抗结果测试中Pt/TiO2/CuBi2O4光阴极具有更小的阻抗,这表明其载流子传输更加高效.在Mott-Shetty测试中,Pt/TiO2/CuBi2O4和Pt/CuBi2O4光阴极都表现出p型半导体性质,但是Pt/TiO2/CuBi2O4具有更负的平带电位,这表明修饰的TiO2仍具有n型半导体材料的特性,并与p型的CuBi2O4形成p-n结,从而促进了载流子分离效率.     

层层组装法制备核壳SiO_2/Pt粒子及其CO电氧化和原位电化学FTIR光谱

采用层层组装法合成了核壳SiO2/Pt粒子,用电化学循环伏安法(CV)和原位电化学傅里叶变换红外(FTIR)光谱研究了SiO2/Pt粒子对CO分子的氧化和吸附行为.透射电子显微研究表明:包覆SiO2的Pt壳是由团聚的Pt纳米微粒构成,其平均厚度大约为26nm.CO在SiO2/Pt粒子修饰的玻碳(GC)电极上的主氧化峰为0.49V(vsSCE),表现出比本体Pt金属好的催化性能.电化学FTIR光谱研究发现:线性CO在SiO2/Pt粒子上的IR吸收带的方向发生倒反,而且在不同的研究电位下,每个吸收带劈裂为两个间隔约为14cm-1的吸收带,这种劈裂现象在饱和吸附CO的Pt金属表面上是很难观察到的.这些异常的红外吸收现象可能是由SiO2/Pt粒子的结构效应导致的.     

Au@Pt纳米粒子催化O2还原反应的电化学研究

以100 nm的Au粒子为核,抗坏血酸为还原剂,H2PtCl6·6H2O为前驱体,合成了Pt包Au核壳结构纳米粒子( Au@ Pt)及其修饰的玻碳(GC)电极(Au@ Pt/GC).采用旋转圆盘电极等常规电化学方法,比较了Au@ Pt/GC和商用碳载铂(Pt/C)修饰的玻碳电极(Pt/C/GC)催化O2还原反应活性及耐甲醇性能,发现Au@ Pt纳米粒子在铂用量很低的情况下,其催化O2还原反应活性仍与商用Pt/C相当,而且还具有优良的耐甲醇性能;其催化O2还原反应机理按O2直接还原成H2O的四电子历程进行.