乙二醇解离吸附反应动力学和电催化氧化中的表面结构效应研究

来源 :厦门大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kevinlynx
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本文选题研究乙二醇(EG)分子在铂单晶电极上吸附和氧化的表面过程和反应动力学,涉及电催化、表面科学、能源科学(直接燃料电池)等学科前沿。金属单晶面具有明确的表面原子排列结构,对于深入认识表面结构与性能的内在联系和规律,在微观层次发展电催化理论等方面具有重要意义。  我们研制了(100),(110),(111),(311),(511),(711),(911)和(751)等8个Pt单晶面,运用电化学循环伏安、程序电位阶跃技术和原位FTIR反射光谱等方法,研究了EG在这8个Pt单晶电极上的解离吸附和氧化反应动力学,取得的主要原创性结果如下:(1)发现EG的解离吸附反应是表面结构敏感的过程,不同表面原子排列结构的Pt单晶电极具有不同的催化活性。以(100)及(110)对称结构为主的晶面对EG解离吸附的催化活性较大,而以(111)对称结构为主的晶面其催化活性较小,Pt(111)的催化活性最低;(2)EG在Pt单晶电极上解离吸附反应的平均速率(v)随电极电位变化,在所研究的8个单晶面上都呈火山形分布,但其变化规律取决于晶面的原子排列结构;(3)EG在Pt单晶面上的解离吸附需要邻近Pt表面位的参与,并且其解离吸附产物DA在电极表面均匀分布;(4)检测到较低电位下EG在Pt单晶电极上解离吸附产生的稳定吸附态产物为CO物种,主要以线型和桥式两种方式吸附在电极表面上。在以上研究结果的基础上,提出了EG在Pt单晶电极上解离吸附反应的机理;(5)通过改变对同一单晶电极的处理条件获得不同表面结构,它们以及SO42-(HSO4-)阴离子的特性吸附均对EG解离吸附动力学产生较大影响;(6)发现含有(110)表面位的Pt(751)和Pt(110)晶面均对EG氧化具有较高的电催化活性,而具有台阶和扭结位的手性Pt(751)晶面活性最高。由此推论,具有良好电催化活性的催化剂表面与缺陷(台阶和扭结)位密切相关。  本论文研究结果对在表面原子排列结构层次揭示电催化剂的表面结构与反应性能之间的内在联系,以及在微观层次上设计和构建高性能的电催化剂具有重要的理论和实践意义。
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