铂电极上乙醇电催化氧化反应动力学和机理研究

摘要

利用常规电化学手段系统地研究了溶剂电化学吸附物种在铂电极表面的演变过程；探索了背景溶液的循环伏安曲线中的电化学氧化峰的化学根源，探究了铂表面电化学吸附物种对乙醇的电化学氧化的调制作用；研究了不同实验条件对乙醇电催化氧化的影响，得到相应电化学过程的动力学参数，结合高效液相色谱（HPLC）给出的产物的浓度变化推导铂电极表面乙醇电催化氧化的机理；同时还发现乙醇在铂电极表面存在非线性行为，并探讨了电氧化过程中非线性行为的pH效应，分析了乙醇电氧化过程中非线性行为的机理。 （1）对铂电极在空白溶液中进行循环伏安扫描，分别观察到电化学吸附物种形成所对应的氧化峰，并通过实验给出了初步的证据。在加入不同浓度乙醇的过程中，可以观察到乙醇电氧化峰与空白溶液的氧化峰电位相同，且不同氧物种对乙醇电催化氧化起到关键作用，乙醇电催化氧化过程是通过溶剂电化学吸附物种间接进行电子转移的过程，并非底物在铂电极表面直接进行电子转移的过程。 （2）通过改变实验条件探究对乙醇电催化氧化的影响。改变乙醇的初始浓度，峰电流密度随着乙醇浓度的增加而增大，并求得各个氧化峰的反应级数；峰电流密度随着扫速的增加逐渐增大，第二个氧化峰和反扫氧化峰在所给扫速范围内受扩散过程控制；H2SO4的浓度对乙醇电氧化也有影响，SO42-会吸附在电极表面和OH-等其它活性物质形成竞争吸附，造成乙醇的电催化机理的改变或其电氧化动力学的抑制；随着温度升高氧化峰电流密度也随之升高，得到氧化峰对应表面反应的表观活化能Ea。 （3）发现铂电极上乙醇电氧化过程存在非线性行为，探究了非线性行为的pH效应，体系中存在负微分阻抗。铂氧化物的形成作为正反馈过程，铂氧化物氧化乙醇及其解离产物铂氧化物的溶解是负反馈过程；分析了酸性和碱性条件下，正负反馈随电位和溶液pH值的变化情况。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2.1 燃料电池及其发展概况

1.2.2 直接乙醇燃料电池简介

1.2.3乙醇电催化氧化机理研究

1.2.4 乙醇电氧化的影响因素

1.2.5铂氧化物研究进展

1.3研究内容及目的

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

2.2实验装置和电极处理

3 溶剂电化学吸附物种对乙醇电催化氧化作用的研究

3.1 多晶铂在硫酸介质中的循环伏安曲线分析

3.2 多晶铂在氢氧化钠介质中的循环伏安曲线分析

3.3 铂电极上乙醇在硫酸介质中的循环伏安研究

3.4 铂电极上乙醇在氢氧化钠介质中的循环伏安研究

3.5 电化学和高效液相色谱联用（乙醇氧化过程中的物种分析）

3.6 小结

4乙醇在铂电极上电催化氧化的研究

4.1 铂电极上乙醇电催化氧化循环伏安曲线研究

4.2初始乙醇浓度的影响

4.3扫描速度的影响

4.4硫酸浓度的影响

4.5温度对乙醇电氧化过程的影响

4.6 小结

5 乙醇在铂电极上电氧化过程中非线性现象的pH效应

5.1 乙醇在不同pH介质中电氧化特性比较

5.2 乙醇在铂电极上电氧化过程中电化学振荡

5.3 小结

6 机理分析

7 结论与展望

7.1结论

7.2 展望

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集