酸性小分子在铂电极上的电化学行为研究

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电催化析氢是一种极具应用前景的绿色制氢技术。H+ + e-→1/2H2是最基本的电极反应,已被学者们广泛研究。但以往研究关注的主要是氢和氧在-0.30 V~+1.30 V(vsAg/AgClsat.)电势范围内的吸附脱附性质。本论文着重应用循环伏安法研究酸性小分子,如 HCl、HClO4、HCOOH、H3PO4、H4P2O7及 H8C607在多晶 Pt 上(-1.1V~0.2 V)的电化学行为过程。论文主要研究内容如下:第一章为综述部分。首先简明的介绍了能源发展的问题,以及现阶段快速发展的新能源——氢能。然后介绍了电催化析氢和析氢机理。最后提出本论文的选题依据。第二章研究了HCl-0.5MKCl体系,铂盘电极和铂微电极在+0.10V~-0.80V内的循环伏安曲线。首先,考察-0.35V(vsAg/AgClsat.)处氧化还原峰的性质,提出阴极反应H+ + e-→1/2H2和阳极反应1/2H2-e-→H+。其次,考察酸度(pH=1.02~5.43)对峰高的影响。pH = 1.02~3.33,有氧化还原峰出现。其中,pH =1.02~1.36,循环伏安曲线在低电位下有波动,可逆性较差;pH= 1.71~2.99,曲线平滑,峰型对称。根据峰电流公式ip~c0*线性关系,H+(pH = 1.02~2.99)和H2(pH = 1.71~2.99)的扩散系数分别为9.7×10-5 cm2 s-1和5.5×10-5 cm2s-1。接着,考察扫速对峰高的影响。根据 ip~v1/2线性关系,0.5 M KCl-HCl pH = 2.05 和 0.5 M KClO4-HClO4 pH = 2.07中H+的扩算系数分别为8.2 cm2 S-1和7.9×10-5 cm2 s-,H2的扩算系数分别为5.4 cm2s-1 和 4.4×10-5 cm2s-1。另外,速率反应常数 k0 分别为 0.044cms-1 和 0.031 cm s-1。最后根据铂微电极iss~CH+*线性关系,H+的扩散系数为9.6×10-5cm2s-1(HCl-0.5 M KCl pH = 1.71~3.33)和 19 × 10-5 cm2 s-1(HCl pH = 1.36~3.33)。第三章研究了一元弱酸HCOOH-0.5 M KCl体系,铂盘电极在+ 0.20 V~-1.10 V内的循环伏安曲线。实验表明,甲酸溶液(pH ≤ 2.57),阴极电极反应为H+ + e-→1/2 H2 和 HCOOH + e-→ 1/2 H2 + HCOO-,阳极电极反应为 1/2 H2-e-→ H+和 1/2 H2+ HCOO--e-→ HCOOH。第四章研究了多元弱酸H3PO4-0.5MKCl体系,铂盘电极在+0.20V~-1.10 V内的循环伏安曲线。改变溶液pH、扫描速率和磷酸浓度等条件,确定阴极反应从右向左:H+ + e-→ 1/2 H2 和 H3PO4 + e-→ H2PO4-+ 1/2 H2,H2PO4-+ e-→ HPO42-+ 1/2 H2,H20 + e-→ 1/2 H2 +OH-和 HPO42-+ e-→ PO43-+ 1/2 H2,阳极反应与之对应。最后,简要介绍了焦磷酸体系和柠檬酸体系,铂盘电极在+0.20V~-1.10 V内的循环伏安曲线。
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