含釹類普魯士藍化學修飾電極對甲酸的電催化氧化研究.pdf

1、直接甲酸燃料電池(DFAFC)是一種以甲酸為陽極燃料,并使其直接在電極上進行氧化反應從而轉(zhuǎn)化出電能一種能源裝置。 DFAFC具有結構簡單,燃料補充方便,效率高等一系列優(yōu)點。在DFAFC中,陽極催化劑對甲酸的氧化效率以及電池的耐用性有著非常重要的影響。因此,尋找對甲酸電催化氧化具有高催化活性的催化劑是十分重要的研究課題。
　　基于以上原因,本文以含釹類普魯士藍修飾電極為基礎,并復合了鉑微粒、聚苯胺制備了幾種多元混配物復合電極,這幾種

2、新型修飾電極對甲酸的電催化氧化均具有較高的催化活性,良好的抗毒化性以及穩(wěn)定性,以其作為DFAFC的陽極催化劑具有很好的應用研究價值。
　　論文共分為四章:
　　第一章:綜述
　　該部分主要介紹了化學修飾電極,以及多核過渡金屬鐵氰化物薄膜修飾電極及其制備應用。并簡述了直接甲酸燃料電池的發(fā)展及存在的問題,對作為直接甲酸燃料電池中陽極催化劑載體的有機導電聚合物種類及聚苯胺的結構性質(zhì)進行了詳細的闡述。
　　第二章:首次用

3、電沉積法制備了 Nd-Fe-WO42-氰橋混配物修飾鉑電極(Nd-Fe-WO42-/Pt),并通過SEM和XRD技術分別表征了該修飾電極的表面形貌和修飾物的晶相結構。采用循環(huán)伏安法和計時電流法研究了甲酸在該修飾電極上的電氧化行為,實驗發(fā)現(xiàn)甲酸在修飾電極上的電催化氧化電流密度與裸鉑電極相比增加了10余倍,而且CV回掃陽極電位邊界對屬于吸附中間體的反掃峰形狀有很大影響。此外,還研究了支持電解質(zhì)中H+和SO42-濃度變化對甲酸氧化過程伏安特性

4、的影響。結果表明:甲酸電催化主氧化峰的電位隨 H+濃度的增加而正向移動,隨 SO42-濃度增加而負向移動;當這兩種離子共存時,H+的影響起主導作用。這表明甲酸在該修飾電極上電催化氧化反應的速率控制步驟是脫質(zhì)子過程,而且 SO42-/HSO4-在電極表面的吸附有利于氧化反應正向進行。以上結論為解釋甲酸的電催化氧化機理提供了新的實驗依據(jù)。同時,計時電流曲線和電極穩(wěn)定性實驗均表明該修飾電極對甲酸的電催化氧化過程具有良好的催化活性和抗毒化能力。

5、
　　第三章:本文采用電沉積法在Nd-Fe-WO42-氰橋混配物修飾鉑電極基底上制備了鉑微粒/Nd-Fe-WO42-氰橋混配物復合修飾鉑電極(Pt/ Nd-Fe-WO42-/Pt),用SEM表征了該電極的表面形貌。考察了沉積電位、沉積時間、氯鉑酸濃度、起掃電位靜息時間對甲酸電催化氧化的影響。并用循環(huán)伏安和計時電流法考察了該修飾電極對甲酸的電催化氧化性能,實驗結果表明,甲酸在該修飾電極上的電催化氧化峰電流密度約是Nd-Fe-WO42

6、-/Pt電極的10倍,而且掃速在50 mV/s~450 mV/s之間時,氧化電流密度與掃描速率的平方根在呈良好的線性關系。此外,還研究了回掃陽極邊界對甲酸電催化氧化的影響,當回掃陽極電位較低時,毒性中間體的氧化溶出反應被抑制,不利于甲酸氧化反應的發(fā)生。
　　第四章本文采用電化學方法制備了聚苯胺分散鉑微粒/Nd-Fe-WO42-氰橋混配物復合修飾鉑電極(PAn-Pt/ Nd-Fe-WO42-/Pt),通過 SEM對其進行了表征,并采

7、用循環(huán)伏安法和計時電流法研究了甲酸在該電極上的電催化氧化行為。實驗發(fā)現(xiàn),甲酸在該修飾電極上的反應與溫度密切相關,氧化電流密度與溫度分別在25~40℃和45~55℃范圍內(nèi)呈良好的線性關系,且低溫區(qū)溫度系數(shù)約是高溫區(qū)溫度系數(shù)的4倍。掃描速度的平方根與甲酸電催化氧化電流密度呈良好的線性關系,說明甲酸在該修飾電極上的氧化反應是受擴散控制的,而且甲酸電催化氧化CV曲線中PtO與CO2的還原峰隨回掃陽極電位邊界的增加而逐漸增大。此外,這種將無機聚合