CO和SCN~-在高分散Pt及Pd表面异常红外光学行为的电化学现场FTIR反射光谱研究

在玻碳基底上沉积Pt和Pd，在以CO和SCN-为探针分子的电化学现场FTIR反射光谱研究中，首次观察到异常红外光学行为，其中包括吸附物种的谱带方向倒反以及谱峰强度显著增强等．     

丙三醇在Pt电极上吸附和氧化过程的原位FTIR反射光谱研究

运用电化学循环伏安(CV)和原位FTIR反射光谱方法,研究了丙三醇在Pt电极上的氧化过程。结果指出,丙三醇的氧化是一个复杂的表面过程,其间包括脱水、吸附、解离等步骤.根据CV和红外实验数据,本文提出了Pt电极上丙三醇解离吸附的表面反应机理和不同电位下丙三醇氧化的分子过程。     

吸附原子电催化机理的研究——铂单晶(100)晶面上Pb、Cd吸附原子在甲酸电氧化中的助催化特性

In this work a modified adsorption method was used to form firstly a saturated Cd or Pb adlayer on platinum single crystal (100) surface, then its surface structure, the electrochemical stability and the desorption-readsorption CV properties were studied. The HCOOH oxidation has been used as a probe to determine the electrocatalytic propertics of Pt (100) with different surface concentration of Cd or Pb adatoms. The results show that Cd adatoms on Pt(100) inhibit both HCOOH dissociation adsorption (to form poisoning intermediates) and HCOOH oxidation via the reactive intermediate, and that Pb adatoms on Pt(100) inhibit only HCOOH disociation adsorption but catalyse HCOOH oxidation via the reactive intermediate, in this case the more Pb adatoms on Pt(100), the higher te catalytic effect. The highest enhanced catalytic effet has been found with the saturated Pb adlayer on Pt(100) (the coverage of Pb, calibrated by hydrogen adsorption, is then equal to 1.0), i.e. with a surface structure of C(2×2)-bridged Pb. The difference of influence to the hydrogen adsorption-desorption process and the different catalytic effect on HCOOH oxidation of Cd and Pb adatoms on Pt(100) were attributed to the intrinsic properties of Cd and Pd elements and also to their interaction with Pt(100). This results indicate that the electrocatalytic mechanism of Cd and Pb adatom on Pt(100) depends on the geometrical surface structure effect and, more importantly, on the electro structure effect during the interaction of adatoms with Pt(100) surface atoms.     

丙三醇在Pt电极上吸附和氧化过程的原位FTIR反射光谱研究

运用电化学循环伏安(CV)和原位FTIR反射光谱方法, 研究了丙三醇在Pt电极上的氧化过程。结果指出, 丙三醇的氧化是一个复杂的表面过程。其间包括脱水、吸附、解离等步骤。根据CV和红外实验数据, 本文提出了Pt电极上丙三醇解离吸附的表面反应机理和不同电位下丙三醇氧化的分子过程。     

PtRu/C电催化剂上甲醇吸附氧化过程的电化学原位红外光谱

采用调变的多元醇法制备了高分散的Pt/C, PtRu/C和Ru/C电催化剂. XRD计算结果表明, PtRu/C电催化剂的平均粒径和合金度分别为2.2 nm和71%. 采用电化学方法和原位傅里叶变换红外反射光谱方法(in situ FTIRS)研究了甲醇在3种电催化剂上的吸附氧化过程, 发现PtRu/C对甲醇的催化活性明显高于Pt/C, Ru的加入一方面影响了甲醇在Pt上的解离吸附性能, 另一方面提供了Ru-OH物种, 从而抑制了低电位下电催化剂中毒. 红外光谱研究结果表明, 线性吸附态CO(COL)是主要毒化物种, 反应产物主要是CO2, 还有少量的甲酸甲酯. 根据实验结果讨论了甲醇在PtRu/C电催化剂上的氧化机理.     

铂单晶电极表面不可逆反应动力学I.Pt(100)单晶电极上甲酸氧化的现场红外反射光谱研究

运用电化学暂态方法和现场时间分辨ＦＴＩＲ反射光谱研究甲酸在Ｐｔ（１００）单晶电极上的解离吸附和氧化过程,深入认识了甲酸解离吸附的反应速率在－０．２５至０．２５Ｖ电位区间呈火山形变化的规律。根据电化学现场时间分辨红外光谱的研究结果,提出在研究反动力学时避免甲酸解离吸附干扰的方法,为进一步研究甲酸在Ｐｔ（１００）电极表面经活性中间体直接氧化至ＣＯ２的反应动力学奠定了基础。     

锂硫电池膨胀氧化石墨/硫复合正极材料的制备及其性能

以棒状石墨为原料,采用改良的Hummers法与热处理制备得到膨胀氧化石墨(E-GO),利用在酸性水溶液中归中化学反应的方法合成纳米尺寸的硫颗粒,使其嵌入到膨胀氧化石墨的内部,制备了膨胀氧化石墨-硫复合材料。采用红外光谱,X-射线光电子能谱表征了膨胀氧化石墨表面官能团的存在和种类;X-射线衍射分析结果表明生成的硫属于斜方晶结构;扫描电子显微镜和透射电镜分析证明了材料中硫的均匀分布。恒电流充放电结果表明该复合正极材料的首次放电容量为1 020 mAh.g-1,100周循环之后其容量还保持在650 mAh.g-1左右;材料的倍率性能和库伦效率优异,这可能得益于小尺寸的硫在材料中均匀分布,以及表面官能团对硫的固定化作用。     

质子交换膜燃料电池铂基催化剂研究进展北大核心CSCD

燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能量转换装置,具有能量密度高、利用率高、清洁安静等优点。在不同类型的燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)不仅能量密度高,而且具有在近常温条件下工作的特点,因此受到广泛关注。目前,商业化PEMFC仍采用铂基纳米材料作为催化剂,其中缺乏低成本、高效的阴极催化剂是限制PEMFC性能提升和成本降低的关键因素之一。本文综述PEMFC催化剂的结构可控制备及其对阴极氧还原反应和膜电极性能的影响,阐述调控催化剂结构提高PEMFC性能的方法,特别是提高贵金属催化剂的利用率,降低膜电极中贵金属用量的研究进展。     

基于硅基硼掺金刚石电极的电化学-原位核磁共振波谱电解池的设计、制备与可行性研究

电化学与核磁共振波谱联用技术（EC-NMR）可以实时监测电化学反应过程,从分子水平阐释反应机理,是一种非常有前景的无损在线检测技术。本文首次报道以硅基硼掺金刚石（Si/BDD）作为工作电极的原位EC-NMR三电极单室电解池的设计和制作。研究表明,由于尺寸12.5 mm × 1.2 mm × 0.5 mm的Si/BDD电极在核磁检测区的体积较小且电极材料厚度较薄,因此该电极对射频场的阻碍较小,对磁场均匀性破坏也相应较小。运用自制的EC-NMR电解池并以经典的对苯二酚（QH ₂）电氧化生成对苯二醌（Q）作为模型体系,原位研究了该电化学反应的整个动态过程。在1.2 V恒电位下电解0.1 mol·L^-1 QH₂ 64分钟,监测到位于6.83 ppm处的Q特征峰逐渐生成,反应过程中核磁谱峰未发生裂分或明显的展宽。结果表明,应用本文所设计并制备的原位EC-NMR电解池,可有效对电化学反应物和产物进行定性、定量分析,将可在后续的电化学原位核磁波谱研究中发挥重要作用。     

高活性和高稳定性的核壳结构PtPx@Pt/C催化氧还原

在质子交换膜燃料电池中,金属铂是最高效的阴极氧还原催化剂之一,但是铂昂贵的价格严重阻碍了其在燃料电池领域中的大规模商业化应用.通过铂与3d过渡金属(Fe、Co和Ni)合金化可以有效提高催化剂的氧还原活性,然而在实际的高腐蚀性、高电压和高温的燃料电池运行环境中,铂合金纳米粒子易发生溶解、迁移和团聚,从而导致催化剂耐久性差.同时过渡金属离子的溶出会影响质子交换膜的质子传导,并且一些过渡金属离子会催化芬顿反应,产生高腐蚀性?OH自由基,加快Nafion和催化剂的劣化.与过渡金属掺杂相比,非金属掺杂具有明显优势:一方面,非金属溶出产生的阴离子不会取代Nafion中的质子,也不会催化芬顿反应;另一方面,与3d过渡金属相比,非金属具有更高的电负性,其掺杂很容易调节Pt的电子结构.因此,本文通过非金属磷掺杂合成具有优异稳定性的核壳结构PtPx@Pt/C氧还原催化剂.通过热处理磷化商业碳载铂形成磷化铂(PtP2),经由酸洗处理产生富铂壳层,即PtPx@Pt/C.X射线粉末多晶衍射结果证明了PtP2相的存在,并且进一步通过电子能量损失谱对纳米粒子进行微区面扫描分析以及X射线光电子能谱分析证实了富铂壳层的存在,壳层厚度约1 nm.得益于核壳结构及磷掺杂引起的电子结构效应,PtP1.4@Pt/C催化剂在0.90 V(RHE)时的面积活性(0.62 mA cm–2)与质量活性(0.31 mAμgPt–1)分别是商业Pt/C的2.8倍和2.1倍.更重要的是,在加速耐久性测试中,PtP1.4@Pt/C催化剂在30000圈电位循环后质量活性仅衰减6％,在90000圈电位循环后仅衰减25％;而商业Pt/C催化剂在30000圈电位循环后就衰减46％.PtP1.4@Pt/C催化剂高活性与高稳定性主要归功于核壳结构、磷掺杂引起的电子结构效应以及磷掺杂增加了碳载体对催化剂粒子的锚定作用进而阻止了其迁移团聚.综上所述,本文为设计同时具有优异活性与稳定性非金属掺杂Pt基氧还原催化剂提供新的思路.