Cu欠电位沉积法制备高效Pt/碳布析氢电极的研究

以阳极氧化处理的碳布（ACC） 为导电基体,利用Cu的欠电位沉积（UPD）和Cu与Pt金属前驱体之间的置换反应制备了Pt/碳布（Pt/ACC）电极材料,并对其微观结构和电催化分解水制氢性能进行了表征。结果表明,通过控制Cu的沉积电位可以有效地控制Pt的负载量和其在ACC表面的分散状态。随着沉积电位从0.32到0.15 V vs. RHE的变化,Pt/ACC电极材料中Pt的负载量呈线性增加,在0.5 MH2SO4溶液中的产氢反应结果表明,随着Pt负载量的增加,析氢起始电位逐渐降低,当沉积电位为0.15 V vs. RHE时,Pt在ACC表面的负载量仅为588 μg·cm-2,所得Pt/ACC电极材料起始电位为-0.05 V vs. RHE,且达到10 mA·cm-2电流密度所需的过电位仅为68 mV,tafel斜率为34.2 mV·dec-1,电极的催化产氢活性与块体Pt箔相近。     

碳纸和碳布电极微生物燃料电池产电特性的对比研究

以厌氧污泥为接种微生物构建H型双室微生物燃料电池,考察不同电极材料(碳纸和碳布)对微生物燃料电池(MFC)产电性能的影响。结果表明,采用碳布为电极材料的MFC启动更快,18 h达到稳定,但在稳定期采用碳纸为电极材料比采用碳布为电极材料的MFC电压高出20 m V左右。采用碳布电极材料的MFC在启动初期的最大功率密度为4. 7 m W/m~2,内阻为1 782Ω;采用碳纸电极材料的MFC在启动初期的最大功率密度为8. 5 m W/m~2,内阻为1 125Ω,且驯化结束后稳定期的电压(313 m V)比碳布电极材料的MFC(282 m V)高,故MFC电极材料采用碳纸的产电效果优于碳布。     

基于原位红外光谱的水相苯酚电氧化机理研究

采用电化学原位红外光谱技术,研究了苯酚在Pt电极表面的电化学氧化机理。在0.1 mol/L Na_2SO_4溶液中,Pt电极上电化学氧化苯酚的反应电位为+0.9～1.0 V(vs SCE)、析氧电位为+1.3 V;电化学原位红外光谱结果表明,当电位0.9 V时,苯酚氧化产物主要为苯二酚、醌及少量醇类物质;电位0.9～1.1 V时,苯环结构被破坏,氧化产物主要为酮、酸、醇和CO_2;根据官能团吸收峰的变化,苯酚在Pt电极表面氧化经历如下途径:苯酚→苯二酚→苯醌→酮、醇、酸→CO_2。同时研究了NH_4~+对苯酚在Pt电极表面的电氧化的影响,结果表明在低电位区(0.9 V)对苯酚氧化构成竞争。     

Bi(Ⅲ)在NaCl-KC1熔盐体系中的电化学行为

为开发环境友好型铋提取技术,在700℃下采用循环伏安、方波伏安和计时电位等方法研究了NaCl?KCl熔盐体系中Bi(III)在玻碳电极上的电化学行为。在–0.3 V (vs. Ag/AgCl)电位下以玻碳电极为工作电极对NaCl?KCl?BiCl3进行恒电位电解。结果表明,Bi(III)在NaCl?KCl熔盐体系中的还原反应是一步得到3个电子的准可逆反应Bi3++3e?=Bi,起始还原电位为0.05 V (vs. Ag/AgCl),该反应受扩散控制。Berzins-Delahay方程和Sand方程计算的700℃下Bi(III)在熔盐中的扩散系数分别为0.83×10–5和1.0×10–5 cm2/s。阴极产物为致密纯金属Bi,不含杂质。     

Pt-Ir共沉积电位对电解氨水制氢的性能影响

为研究在线电解氨水为氢燃料电池供氢的可行性,采用电化学共沉积法,在不同沉积条件下制备了PtIr催化电极,用循环伏安法(CV)与计时安培法(I-t)结合电镜、XPS和XRD结构分析,研究了电极对氨水的电解催化性能。结果表明,沉积电位影响了合金催化剂的组成、晶型、晶粒尺寸等,从而进一步影响了电极在氨催化过程中的性能。当沉积电位固定,电极上的催化剂负载量、氨水电解过程中催化剂的形貌、结构、组成基本稳定。其中,-0.05 V(vs. SCE)沉积电位下制备的催化剂在氨的电解催化过程中持续性和稳定性好,催化剂的负载量和过电位也最低。利用电化学上电解氨和生成水电位上的差异,将氨电解为燃料电池供氢,在低电流密度下(<10 mA/cm²)燃料电池为氨电解池提供能量的同时仍然有40%以上的额外功率用于其他负载。     

光化学法制备过渡金属-氮共掺杂多孔炭基CO2电还原催化剂

过渡金属-氮共掺杂炭材料是一类高效的CO₂电还原催化剂。以热解聚合物制备的氮掺杂炭材料为载体,浸渍镍源,经红外灯光照2 h,利用光化学法制备了高分散的镍-氮-碳催化剂（Ni/NC）。采用扫描电镜（SEM）、物理吸附、粉末X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等手段对催化剂的形貌、结构、物相和组成进行了分析,并评价了催化剂的CO₂电还原反应性能。电化学性能测试结果表明,在0.5 mol/L的KHCO₃电解液中,镍的负载量为2 %（质量分数）时催化性能最好,CO分电流密度得到有效提升,塔菲尔斜率为492 mV/dec,起始过电位为286 mV;在-0.6 V（vs.RHE）下,CO的法拉第效率为78%,在-1.0 ~-0.5 V（vs.RHE）内,n（CO）/n（H₂）=0.5~3.6。     

碳载Pt-TiO2对乙醇的电催化氧化

用简单的化学沉积法制备了碳载Pt(Pt/C)和碳载Pt-TiO2(Pt-TiO2/C)催化剂。研究发现无论是25℃还是60℃与Pt/C电极相比,乙醇在Pt-TiO2/C电极上的起始氧化电位及氧化峰电位均比在Pt/C电极上负移。而在中性溶液中,乙醇在Pt-TiO2/C电极上的氧化峰电流密度比并在Pt/C催化剂有一定程度的增大。     

p-Cu_2O/n-TiO_2纳米管复合电极的制备及其光电性能

采用二次阳极氧化法制备结构规整的TiO_2纳米管阵列,进一步采用恒电流电化学沉积Cu_2O制备纳米管阵列异质结复合电极Cu_2O/TiO_2。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等对样品进行表征。SEM结果表明TiO_2纳米管垂直排列在基底Ti上,管径约为50 nm,管长约为1μm左右,Cu_2O以颗粒状均匀地沉积在TiO_2纳米管阵列上;XRD结果表明TiO_2为锐钛矿晶型,而沉积的Cu_2O为立方型;XPS结果表明Cu_2O/TiO_2中Cu和Ti分别以Cu~(1+)和Ti~(2+)的形式存在;UV-vis DRS结果表明沉积Cu_2O的电极材料的吸光范围由紫外区扩展到紫外-可见区。光电性能测试结果表明:制备的Cu_2O/TiO_2复合电极具有良好的光电分解水的活性,其光电流密度是TiO_2电极的2倍以上。Cu_2O沉积量为5.18×10-7mol时,Cu_2O/TiO_2的光转化效率可达0.41%(0.735 V vs.RHE)。采用焙烧方法改善Cu_2O/TiO_2电极性能,在373 K下空气中焙烧0.5 h,电极的光转化效率可达0.65%(0.759 V vs.RHE)。最后考察了CT-0.1-373和CT-0.1电极的稳定性,经连续100次线性伏安(LSV)扫描,CT-0.1-373的光转化效率为0.64%(0.762 V vs.RHE),而未经焙烧处理的CT-0.1电极,经100次LSV扫描光转化效率值降低至0.38%(0.767 V vs.RHE),结果表明低温焙烧处理不仅可显著提高Cu_2O/TiO_2复合电极的光电活性,也可改善其稳定性。     

Surface alloy/GC电催化剂的制备与结构表征

以玻碳为载体 ,通过电化学方法在其表面沉积催化物质研制表面合金纳米电催化剂 (Surfacealloy/GC)。运用电化学循环伏安 (CV)和扫描电镜 (SEM)等技术进行结构和性能表征。结果表明 ,在Surfacealloy/GC上氢的析出电位负移至 - 0 40V(SCE) ,与Pt电极相比负移约 15 0mV ,具有较高的电还原应用价值。另外 ,Surfacealloy/GC的氧化电位正移至 0 64V ,其稳定性明显高于电有机合成中常用的Pb、Sb、Cu等金属电极。SEM研究结果表明 ,所研制的Surfacealloy/GC电催化剂是一种由粒度约为 70nm的纳米颗粒合金组成的薄膜     

基于原位红外光谱的水相苯酚电氧化机理研究

采用电化学原位红外光谱技术,研究了苯酚在Pt电极表面的电化学氧化机理。在0.1 mol/L Na₂SO₄溶液中,Pt电极上电化学氧化苯酚的反应电位为+0.9~1.0 V（vs SCE）、析氧电位为+1.3 V;电化学原位红外光谱结果表明,当电位<0.9 V时,苯酚氧化产物主要为苯二酚、醌及少量醇类物质;电位0.9~1.1 V时,苯环结构被破坏,氧化产物主要为酮、酸、醇和CO₂;根据官能团吸收峰的变化,苯酚在Pt电极表面氧化经历如下途径：苯酚→苯二酚→苯醌→酮、醇、酸→CO₂。同时研究了NH₄⁺对苯酚在Pt电极表面的电氧化的影响,结果表明在低电位区（<0.9 V）对苯酚氧化构成竞争。