物理化学实验室建设模式的探索与实践

在物理化学实验室的建设方面进行了研究、探索与实践,提出了仪器设备模块化、实验室绿色化和教学革新同步化的建设模式,并在实践中取得了良好效果。     

锌在金电极上的欠电位沉积

采用循环伏安法和计时电流法,研究了强碱溶液中锌在金电极上的欠电位沉积。 通过改变锌离子浓度和扫描速率等实验参数,在约-0.935 V（vs.SCE）开始出现锌的欠电位沉积,并且金属离子浓度的变化可能会影响到欠电位沉积过程的动力学机制;计时电流实验证实,锌欠电位沉积于金衬底上遵循的是受掺入吸附原子控制的二维瞬时成核和生长机制;且OH-离子的吸附对锌欠电位沉积具有重要的影响。     

电沉积二氧化锰成核机理及其充放电性能

采用计时电流法沉积纳米MnO₂电极材料,利用Scharifker-Hills成核理论模型分析时间-电流(i-t)曲线判断了MnO₂成核机理。 对3种不同的成核方式制得的MnO₂材料进行电化学超级电容性能测试、用SEM观察了其微观形貌。 比较了不同沉积方法对沉积材料结构、电容性能的影响。 计时电流测试发现,在0.1 mol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.365 V,初始成核符合瞬时成核机理,在0.01 mol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.418 V,初始成核存在瞬时成核和连续成核两种不同机理,在0.5 mmol/L Mn²⁺溶液中,电势阶跃至0.515 V,初始成核则符合连续成核机理。 超级电容性能测试发现,瞬时成核下制得的MnO₂电极材料相对于另外两种成核方式得到的电极材料具有更好的电容性能,这是因为瞬时成核更易于形成多孔、纳米片(棒)状等高比表面积的沉积物,表明制备方法影响MnO₂电极材料电容性能。     

锰欠电位沉积的密度泛函计算与循环伏安实验的研究

用密度泛函计算和循环伏安法研究了锰在金和铅表面的欠电位沉积(UPD)行为. 理论计算, 假设生成紧密的二维相(2D)欠电位沉积层, 用基于密度泛函理论的DMol3软件计算在金与铅表面生成2D相锰层的欠电位偏移值∆fE2DMe, 证明锰在金表面可发生欠电位沉积, 而在铅表面不能发生欠电位沉积. 循环伏安实验结果与理论计算不一致: 金电极析氢电位高不利于研究锰的还原沉积反应, 没有发现锰的欠电位沉积现象; 铅电极在MnCl2溶液中有锰的欠电位沉积现象. 这种理论计算与电化学实验结果的差异, 主要是因为理论计算没有考虑溶剂与阴离子特性吸附作用的影响, 理论计算模型是电化学实验体系的一种理想模型.     

铅在铜上电沉积的原位椭圆偏振法

采用循环伏安法(CV)和原位椭圆偏振法(SE)研究铅在铜电极上的电沉积行为。 原位椭圆偏振参数Ψ和Δ值的变化率在CV图峰电位处同时出现极值。 通过建立单层膜模型描述“电极-溶液”界面的结构并对椭圆偏振光谱数据进行拟合得到铅沉积层厚度随电位的变化规律。 拟合结果显示,铅在铜电极上的电沉积有3个不同的沉积速率,-0.20～-0.35 V之间沉积速率为0.003 nm/mV,-0.35～-0.48 V之间沉积速率为0.025 nm/mV,-0.48～-0.60 V之间沉积速率为0.116 nm/mV,由此表明铅的电沉积分为3个不同阶段：欠电位沉积阶段、欠电位沉积向本体沉积的过渡阶段和本体沉积阶段。