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.     

Pt-CNTs 修饰玻碳电极(Pt-CNTs/GC)电氧化活性的研究

采用透射电镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)技术, 分别表征了Pt-CNTs/GC电极的表面形貌和所负载铂纳米原子簇的结构. 以CO和CH3OH为探针分子, 用循环伏安和计时电流等常规电化学方法检测了CO和CH3OH在Pt-CNTs/GC电极上的氧化行为. 研究结果表明, CO在Pt-CNTs/GC电极上有3个氧化电流峰(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ), 其中峰Ⅰ为CO桥式吸附的氧化峰, 而峰Ⅱ和Ⅲ则分别为CO线形吸附在碳纳米管负载的不同粒径的Pt纳米原子簇以及Pt原子薄膜上所分裂的氧化峰; CH3OH在Pt-CNTs/GC电极上也能自发解离吸附强吸附中间体CO; Pt-CNTs/GC电极对CH3OH的氧化峰电流不总是随CNTs上载铂量的增加而增大, 表明在制备直接甲醇燃料电池阳极时, 应选择合适的载铂量.     

不同介质对Pt/GC电极制备及其性能的影响

应用循环伏安法(CV),扫描电子显微镜(SEM)和电化学原位红外反射光谱(in situFTIRS)研究了不同介质对碳载铂纳米薄膜电极(Pt/GC)的表面结构以及该薄膜电极对甲酸电催化氧化性能的影响.结果表明,使用不同介质的镀铂溶液,均可电沉积出分布较为均匀的Pt粒子,但其尺寸与形貌却相差很大.当以H2SO4作介质,由循环伏安法于玻碳电极上电沉积Pt得到的(Pt/GC1)电极,其Pt粒子粒径约100~200 nm;而在HClO4介质得到的(Pt/GC2)电极,则含有两种Pt微晶:其一是立方体形,粒径约200 nm,其二为菜花状,粒径约400 nm.电化学循环伏安和原位红外反射光谱测试指明,不同介质制备的Pt/GC电极对甲酸的电催化氧化均表现出与本体铂电极(Pt)相类似的特性,即可通过活性中间体或毒性中间体将甲酸氧化至CO2,但不同结构的Pt/GC电极具有不同的电催化活性.进一步以Sb或Pb修饰Pt/GC电极,不仅可以有效地抑制毒性中间体CO的生成,而且还能显著提高其电催化活性.比较本文研究的7种电极,其电催化活性顺序依次为:Sb-Pt/GC2>Pb-Pt/GC2>Pb-Pt/GC1>Sb-Pt/GC1>Pt/GC2>Pt/GC1>Pt.     

碳纳米管/聚二烯丙基二甲基氯化铵/磷钼酸复合膜的组装及其在溴酸盐检测中的应用

通过静电层层组装技术在玻碳(GC)电极表面制备{多壁碳纳米管(MWCNT)/聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)}n多层膜,并采用循环伏安法在多层膜的表面电化学修饰一层磷钼酸(PMo12)膜,构筑GC/{MWCNT/PDDA}n-PMo12复合膜修饰电极.利用SEM对比观察{MWCNT/PDDA}n和{PDDA/MWCNT}n-PMo12的微观结构,并研究该复合膜修饰电极的电化学及其对溴酸盐(BrO3-)电催化还原性质.在此基础上研发一种基于GC/{MWCNT/PDDA}n-PMo12复合膜修饰电极的电流型BrO3-传感器,该传感器表现出明显增大的响应电流.在最优的实验条件下,采用电流时间曲线(i-t)法考察该复合膜修饰电极对BrO3-的安培响应.实验结果表明,该传感器在BrO3-浓度为50～400nmol/L的范围内具有良好的线性关系,相关系数R2为0.9950,响应时间为1.53s,检出限为20nmol/L,灵敏度为13.81mA(mmol/L)-1cm-2.     

甲醇在铂修饰的氧化钛电极上电催化氧化行为的研究

运用电化学方法评价了电化学阴极还原-阳极氧化两步法制得的以钛为基体的铂修饰的钛氧化物(Pt-TiO_x/Ti)电极对甲醇电催化氧化的性能,结果表明,制得的修饰电极对甲醇氧化呈现了很高的电催化活性和好的稳定性.通过X光电子能谱(XPS)、扫描隧道显微镜(STM)和现场傅立叶变换红外(FTIR)反射光谱等技术,发现修饰电极对甲醇氧化具有高的电催化性能,可归属于纳米级Pt粒子在TiO_x中的高度分散及由于Pt和TiO_x的相互作用,使电极表面对甲醇氧化中间产物CO的吸附量大大降低.     

碳载Pt/Sb_(ad)电极上乙醇电催化氧化特征和原位FTIR反射光谱研究

用电化学循环伏安法和原位 FTIR反射光谱法研究了 Sb在碳载纳米 Pt膜电极 (nm -Pt/ GC)表面不可逆吸附的电化学特性及酸性介质中乙醇的吸附和电催化氧化特性 .结果指出 ,当扫描电位的上限 Eu≤0 .5 0 V(SCE)时 ,Sbad可以稳定地吸附在 nm-Pt/ GC电极表面 .与未修饰的 nm-Pt/ GC电极上结果相比 ,Sbad修饰的 nm-Pt/ GC/ Sbad/ (nm-Pt/ GC)的催化活性显著增加 .测得当覆盖度θsb=0 .1 3 7时 ,修饰电极对乙醇的电催化活性最高 ,乙醇氧化的峰电位负移了 0 .1 5 V,峰电流增大了 1倍 .原位 FTIR反射光谱的结果从分子水平揭示了 Sb修饰对乙醇氧化反应途径的选择功能 .     

SnO2-TiO2薄膜载体对Au-Pt纳米颗粒电化学性能的影响

采用真空镀膜法在玻碳(GC)电极表面修饰SnO2-TiO2薄膜, 在SnO2-TiO2/GC复合电极表面组装Au-Pt双金属纳米颗粒, 制得Au-Pt/SnO2-TiO2/GC复合电极. 通过循环伏安法(CV)研究了SnO2-TiO2薄膜载体对Au-Pt双金属纳米颗粒电化学性能的影响; 采用扫描电镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)对Au-Pt在SnO2-TiO2薄膜沉积的形貌及结构进行了表征. 研究结果表明, 10 nm的Au-Pt双金属纳米颗粒均匀地组装于SnO2-TiO2薄膜表面; SnO2-TiO2薄膜载体改善了复合电极抗CO中毒能力; Au-Pt双金属合金的形成提高了Pt 对甲醇氧化的电催化能力, SnO2-TiO2薄膜载体又使Pt纳米粒子d空轨道增多, 提高了Au-Pt双金属纳米颗粒的稳定性和催化性能.     

Pt-Ru/GC电极对甲醇电催化氧化的研究

利用循环伏安法制备了Pt-Ru/GC电极并用于对甲醇的电催化氧化研究,考察了Pt、Ru原子比、沉积电位下限和沉积量对电极催化性能的影响,研究了电极催化性能的稳定性。结果表明Ru的加入对电极催化性能具有明显的改善作用,对甲醇的氧化电位范围明显变宽,氧化电流明显增大,电极的稳定性明显高于Pt/GC电极。在Pt、Ru原子比为1:1、沉积电位下限为-0.2V、沉积量为40r的条件下,Pt-Ru/GC电极对甲醇电催化氧化的性能最好。     

Pt及其修饰电极上甲醇吸附和氧化的CV和EQCM研究

运用电化学循环伏安和石英晶体微天平 (EQCM )研究了 0 .1mol·L- 1H2 SO4 溶液中甲醇在Pt电极和以Sb ,S不可逆吸附原子修饰的Pt(Pt/Sbad和Pt/Sad)电极上的吸附和氧化过程 .结果表明甲醇的氧化与电极表面氧物种有着极其密切的关系 .Pt电极表面Sb吸附原子能在较低的电位下吸附氧 ,可显著提高甲醇电催化氧化活性 .与Pt电极相比较 ,Sb吸附原子修饰的Pt电极使甲醇氧化的峰电位负移了 0 .13V .相反 ,Pt电极表面S吸附原子的氧化会消耗表面氧物种 ,抑制了甲醇的电氧化 .本文从表面质量变化提供了吸附原子电催化作用的新数据     

Pt/巯基乙酸/玻碳电极的表面形貌与电催化性能

以巯基乙酸为偶联层在玻碳(GC)电极上组装 Pt纳米颗粒, 得到Pt /巯基乙酸/GC电极, 利用扫描电镜(SEM)和循环伏安法(CV)研究了不同条件下复合电极的表面形貌和电化学性能. 研究结果表明, 巯基乙酸在GC电极表面具有特性吸附, 形成了具有一定致密性的吸附层. 在0.5 mol/L H2SO4+1.0 mol/L CH3OH溶液中, 组装19 h的复合电极对甲醇氧化表现出较好的电催化性能.     

Pt-Mo2C/GC催化甲醇氧化的现场电化学-红外光谱研究

应用离子交换法制备了40%Pt在Mo2C/GC上的电催化剂.X射线衍射(XRD)显示,Pt在Mo2C载体上有较好的分散度,平均粒径为3 nm.循环伏安、计时电位测试表明,酸性溶液中,Pt-Mo2C/GC具有良好的甲醇氧化性能.其催化甲醇氧化的起始电位比Pt/C的负移了90 mV.这一优异性能与Pt和载体Mo2C之间的协同作用有关.现场红外光谱电化学测量显示,甲醇在Pt/C电极氧化的中间产物是桥式吸附COB和线性吸附COL,而在Pt-Mo2C/GC电极则未检测到有害中间产物CO,其氧化终产物均为CO2.     

以Ag为模板制备Pt纳米空球及其对甲醇氧化的电催化性能

以硝酸银为前驱体,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,抗坏血酸(AA)为还原剂,在18℃下通过调节氢氧化钠的加入量合成了2种不同粒径的银溶胶;以银溶胶为模板,在室温下合成了不同粒径的铂包银(Ag@Pt)实心纳米粒子;用浓氨水除去Ag核得到球壳上含残留银的铂纳米空球[(Pt-Ag)hollow]及其修饰玻碳(GC)电极[(Pt-Ag)hollow/GC];再用电化学法除去(Pt-Ag)hollow/GC电极上的残留银后,制得铂纳米空球(Pthollow)修饰的GC电极(Pthollow/GC).采用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等表征了Pthollow的形貌、组成和结构;以甲醇为探针分子,研究比较了Pthollow/GC和实心铂纳米粒子(Ptnano)修饰GC电极(Ptnano/GC)对甲醇氧化的电催化活性.结果表明,Pthollow分散性好,粒径比较均匀;球壳多孔,具有粗糙的内外表面,比表面积大,是由铂原子和多维多级的铂原子团簇构建的结晶度不高的多晶铂;Pthollow/GC对甲醇的电催化氧化活性明显优于Ptnano/GC电极,且大大降低了贵金属Pt的用量.     

Ho~(3+)修饰的Pt/C电极对DMM的电催化氧化

通过循环伏安法(CV),计时电流法(CA)和线性扫描法(LSV)对二甲氧基甲烷的电氧化特性进行了研究.发现当用Ho3+修饰Pt/C催化剂电极后可以大幅度提高电极对DMM的电催化活性.热处理Ho3+修饰后Pt/C催化剂电极,可进一步提高该电极对DMM的电催化氧化活性.     

(PtAuPt)HN/GC的制备及对甲酸氧化的电催化性能

以Se溶胶为模板,合成了多层核壳结构的Se@Pt@Au@Pt实心纳米粒子;采用化学与电化学相结合的除硒方法制得了(PtAuPt)HN/GC,并表征了(PtAuPt-Se)HN的表面形貌、结构与组成;以甲酸为探针分子,比较了(PtAuPt)HN/GC和Pt/C/GC对甲酸氧化的电催化行为,发现(PtAuPt)HN/GC催化甲酸氧化只有1个氧化峰,峰电位和峰电流分别约为0.35V和1.22mA/cm2,而Pt/C/GC则有2个氧化峰,在0.35V时所对应的电流密度仅约为0.30mA/cm2,前者在该电位时的电流密度是后者的4倍;在0.30mA/cm2的电流密度下,(PtAuPt)HN/GC对应的电极电位为0.01V,比Pt/C/GC负移了340mV;在600s时的计时电流分别为0.06和0.02mA/cm2.(PtAuPt)HN对甲酸氧化的电催化活性不但比Pt/C高,而且具有一定的抗CO中毒性能.     

Pt微粒修饰纳米纤维聚苯胺电极对甲醇氧化电催化

以脉冲电流法制备的纳米纤维状聚苯胺(PANI)为Pt催化剂载体，用它制备了甲醇阳极氧化的催化电极Pt/（nano-fibular PANI）.研究结果表明, Pt/（nano-fibular PANI）电极对甲醇氧化具有很好的电催化活性,并有协同催化作用.在相同的Pt载量条件下， Pt/（nano-fibular PANI）电极比Pt微粒修饰的颗粒状聚苯胺电极Pt/(granular PANI)具有更好的电催化活性.此外， Pt的电沉积修饰方法同样影响Pt/（nano-fibular PANI）电极对甲醇氧化的催化活性.脉冲电流法沉积Pt形成的复合电极较循环伏安法电沉积得到的Pt复合电极具有更优异的催化活性.     

{[PMo_(12)O_(40)]~(3-)-Pt/PAMAM}_n多层复合膜的制备及对甲醇的电催化氧化活性

用电化学扫描法制备了{[PMo12O40]3--Pt/PAMAM}n多层复合膜,通过X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安测定(CV)和原子力显微镜(AFM)对样品的化学组成和膜的均匀性进行了表征。测试和分析结果表明[PMo12O40]3--Pt和PAMAM通过静电相互作用形成了交替多层复合膜,且膜的增长均匀,[PMo12O40]3-和Pt粒子均匀分布在间隔剂PAMAM上。采用三电极体系的循环伏安电化学分析方法研究了样品在酸性溶液中对甲醇的电催化氧化活性,结果表明,与Pt/GCE催化剂相比,{[PMo12O40]3--Pt/PAMAM}n/GCE呈现出较高的电催化氧化活性和好的稳定性。     

铁铂核壳纳米粒子修饰玻碳电极制备及对亚硝酸盐还原的电催化性能

通过循环伏安法（CV）在玻碳（GC）电极表面电沉积出分布较为均匀的纳米Fe粒子,制得纳米Fe粒子修饰的GC（纳米Fe/GC）电极,再经“电荷置换”制得具有Fe核Pt壳结构的纳米粒子修饰的（纳米PtFe/GC）电极。 SEM结果显示,纳米Fe/GC和纳米PtFe/GC表面粒子的形貌均呈立方体形,分布较为均匀,粒径在60 nm左右。 纳米PtFe/GC电极对亚硝酸盐的还原具有很高的电催化活性。 3种电极的电催化活性顺序依次为：纳米Fe/GC＜纳米Pt/GC＜纳米PtFe/GC。 相对于纳米Pt/GC电极,纳米PtFe/GC电极的起始还原电位（Ei）正移了0.14 V,还原峰电流（ip）增大了3倍。     

Pt-Se纳米空球修饰玻碳电极上甲酸的电催化氧化

以无定形硒溶胶为模板制备了不同硒覆盖度(θSe)(θSe=0.49,0.39,0.06,0)的Pt-Se和Pt纳米空球(分别记为(Pt-Se)HN和PtHN),发展了利用亚硫酸盐彻底除去核壳纳米粒子上Se的方法.对获得的纳米空球进行了形貌和结构的表征,结果表明所制备的(Pt-Se)HN粒径均匀,分散性好,球壳呈多孔结构.以其作为电催化剂制备了(Pt-Se)HN修饰的玻碳(GC)电极((Pt-Se)HN/GC),利用常规电化学方法比较该电极与PtHN/GC和商用碳载铂(Pt/C)修饰GC(Pt/C/GC)电极对甲酸的催化氧化作用,发现对甲酸氧化的活性顺序为(Pt-Se)HN/GCPtHN/GCPt/C/GC.三种电极催化甲酸氧化的机理有所不同:前者更倾向于通过弱吸附中间体直接氧化成CO2的单途径机理进行,后两者则通过强吸附和弱吸附中间体的双途径机理进行.在一定Se覆盖度条件下,(Pt-Se)HN/GC对甲酸的氧化有助催化作用.     

磷钼酸修饰铂电极的电化学行为及对甲醇氧化的电催化作用

通过循环伏安扫描法制备了PMo₁₂修饰Pt/Pt电极,并研究了该修饰电极在硫酸溶液中的电化学行为。研究结果表明:虽然磷钼酸具有较大的分子尺寸,但在Pt/Pt电极上仍能发生吸附作用,并且由于PMo₁₂在电极上的吸附,降低了Pt/Pt电极上氢区和氧区的荷电量,另外在0.02V左右还观察到磷钼酸的氧化-还原峰。通过稳态极化曲线和循环伏安曲线研究了PMo₁₂修饰Pt/Pt电极对甲醇氧化的电催化作用。测试结果表明:PMo₁₂修饰铂基电极不但对甲醇的电氧化具有较高的活性,而且还有一定的抗CO中毒性。该修饰电极还具有较高的稳定性。     

抗坏血酸在PPy-HEImTfa/Pt电极上的电催化氧化及其机理

以铂为基底电极,在1-乙基咪唑三氟乙酸盐(HEImTfa)离子液体中电化学合成导电聚吡咯(PPy),制得PPy-HEImTfa/Pt电极;采用循环伏安法研究了PPy-HEImTfa/Pt电极对抗坏血酸的电催化氧化性能.结果表明:PPy-HEImTfa/Pt电极对0.1mo·lL-1抗坏血酸具有较高的电催化氧化活性,与相同条件下硫酸溶液中在铂表面修饰的聚吡咯(PPy-H2SO4/Pt)电极和裸铂电极相比,其氧化峰电位分别降低了0.10和0.19V,氧化峰电流分别增加了3.0和3.6mA.同时采用原位傅里叶变换红外(insitu FTIR)光谱技术对抗坏血酸在PPy-HEImTfa/Pt电极上的电氧化机理进行了研究,结果表明:抗坏血酸在PPy-HEImTfa/Pt电极上首先被氧化为脱氢抗坏血酸,在水溶液中脱氢抗坏血酸迅速发生水合作用形成水合脱氢抗坏血酸,它进一步水解并发生内酯开环反应生成2,3-二酮古洛糖酸;在较高电位下,部分抗坏血酸最终被氧化成CO2.