甲醇、甲醛和甲酸在Pt-HxMoO3共沉积电极上的电催化氧化

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由于世界能源危机以及环境污染日趋严重,使得作为清洁能源之一的燃料电池的研究倍受关注。其中,有机小分子阳极电催化氧化的研究一直是非常活跃的领域之一。本论文的目的是在研究硫酸溶液中钼酸盐电化学行为的基础上,研究钼酸盐还原产物氢钼青铜修饰铂电极对甲醇、甲醛和甲酸的电催化氧化。 论文用循环伏安、电位阶跃和交流阻抗等电化学方法,结合电镜分析,研究了钼酸盐在硫酸溶液中的还原过程以及还原产物的氧化过程;以多晶铂电极和沉积聚苯胺电极为基体电极,制备了沉积铂电极和铂与钼青铜共沉积电极;研究了制备电极对甲醇、甲醛和甲酸阳极氧化的催化作用;对催化机理进行了探讨。 对硫酸溶液中钼酸盐在铂电极上的还原及还原产物的氧化进行研究,得到如下结果:(1)酸性溶液中钼酸盐能在铂电极上还原,生成氢钼青铜。(2)硫酸浓度影响钼酸盐还原电流的大小,硫酸浓度从0.05mol/L增到3.7mol/L时,还原峰电流逐渐增大,当浓度大于3.7mol/L时还原电流趋于一定值。(3)硫酸浓度影响氢钼青铜的氧化机理,硫酸浓度小于2.5mol/L时,氢钼青铜有两个比较明显的氧化峰;硫酸浓度大于2.5mol/L时,逐渐出现第三个氧化峰。(4)硫酸浓度影响氢钼青铜在铂电极上的稳定性,其分解速度随硫酸浓度的增大而加快。(5)随着硫酸浓度的增大,钼酸盐在溶液中的聚合度减小。 在研究硫酸溶液中钼酸盐在铂电极上的电化学行为的基础上,以多晶铂电极为基体制备了沉积铂电极(Pt/Pt)和铂与氢钼青铜共沉积电极(Pt-HxMoO3/Pt),研究了它们对甲醇、甲醛和甲酸的电催化氧化作用,得到如下结果:(1)甲醇、甲醛和甲酸能在铂电极上氧化,但氧化过程中生成的脱氢中间产物CHxO(x=0、1、2、3)会吸附在电极表面,占据电极表面的活性中心,引起电极中毒,阻碍了反应物的进一步氧化。(2)铂微粒和非计量式的氢钼青铜(HxMoO3,0<x<2)可以共沉积在铂电极表面,用此方法制得的共沉积Pt-HxMoO3/Pt电极在-0.2~1.3V电位范围内不稳定,HxMoO3会很快从电极上溶解下来,而在-0.2~0.8V电位范围内电极则相对稳定。(3)沉积Pt/Pt、共沉积Pt-HxMoO3/Pt电极对甲醇、甲醛和甲酸的氧化具有 摘要催化作用.(4)Pt小t电极的催化作用主要来自于铂微粒在电极表面的分散,增大了电极的有效表面积,而Pt-HxMOO。/Pt电极的催化活性除具有以上原因外,还与电极上氢铝青铜的存在有关;与沉积 Pt序t电极相比较,共沉积 Pt-HxMOO.;/Pt电极的高催化活性来自于非计量式氢铝青铜氧化还原的质子“溢出效应”.含有高价态铝的氢铝青铜山,MOO儿。s作为质子接收体接受质于,使C;小分子氧化中间产物进一步氧化成CO。,自身则还原为含有低价态铝的氢铝青铜「HxMOO;小。。;低价态铝的氢铂青铜又被电氧化为含有高价态银的氢铝青铜,这样反复循环促使C;小分于不断氧化,相应反应式如下: (CHic)。。。+Hzo—CO。+(z+2)e+(z+2)H“(0$z<4) IH,Moo人。s+(x-y)e+(x-y)H“v- [HxMoo.;]。。s(0<y<x<2) 在铂基体上沉积聚苯胺,制备铂微粒修饰聚苯胺电极(Pt-PAn/Pt)、铂/氢铂青铜修饰聚苯胺电极(Pt-HxMoo。-PAn/Pt),研究这些电极对甲醇、甲醛和甲酸阳极氧化的电催化作用,得出如下结果:O)酸性溶液中甲醇、甲醛和甲酸难于在聚苯胺电极上氧化.(2)铂微粒和氢铝青铜可以在聚苯胺电极上共沉积制得分散铂/铝青铜修饰聚苯胺电极(Pt-HxMoo。-PAn/Pt).(3)与基体Pt电极相比较,分散铂电极(Pt/Pt)、分散铂修饰聚苯胺电极(Pt-PAn/Pt)和分散铂/铝青铜修饰聚苯胺电极叩t十M.;干An个t)对甲醇、甲醛和甲酸的氧化都具有催化作用,其中Pt-HxMoo。-PAn仔t 电极的催化活性最大.(4)Pt-HxMoo。-PAn尸t 电极上的聚苯胺 (PAn)有稳定氢铝青铜(HxMoo。)的作用.(5)Pt-HxMoo。-PAn叩t电极催化活性的提高除了与铂微粒在聚苯胺电极表面的进一步分散,铂微粒和聚苯胺膜之间的相互作用有关外,主要与电极上氢铝青铜的存在有关,催化机理与Pt十xMOO.;小t电极相同.
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