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本论文运用电化学循环伏安、原位红外反射光谱等技术研究了酸性介质中CN-与CO在Pt(110)及Pt(100)单晶电极上的共吸附过程,同时研究了吸附态CO和溶液相CO在Pt(110)、Pt(100)单晶电极上的电氧化行为,将CO、CN-作为表面探针分子研究了不同结构的Pt电极的表面结构效应。主要结果如下:
1、CN-在开路电位即能稳定吸附在Pt(110)、Pt(100)电极表面,且在0.0-0.6V电位区间,均可观察到位于2100cm-1附近的CN-a的红外吸收峰。CN-ad在Pt(110)上相对稳定,可在氢区发生缓慢的解离脱附,当电位高于0.3V时,CN-ad氧化生成CO2;而CN-ad在Pt(100)上的行为较为复杂,当电位低于0.15V时,CN-ad与吸附氢和H3O+离子反应生成COL、COM物种,当电位高于0.25V,COL、COM即被氧化成CO2,同时CN-ad开始氧化形成中间体物种OCN-,当电位高于0.46V时,CN-ad开始氧化生成CO2,从而释放出大部分的铂表面位。
2、对比研究了Pt(110)和Pt(100)电极对吸附态CO和溶液相CO的电催化氧化性能。研究结果表明:吸附态CO及溶液相CO的氧化都是结构敏感的反应。在Pt(110)单晶电极上,当存在COsol时,COsol氧化峰电位比COad正移168mV,其峰电流密度为后者的6.7倍;且COad主要以线性吸附态物种(COL)均匀分布在电极表面。COsol存在,导致COL谱峰蓝移,且其起始氧化电位提前。在Pt(100)单晶电极上,当存在COsol时,COsol给出两个分别位于0.11、0.448V的氧化电流峰,总氧化电量远大于单纯吸附态COad的氧化;COad主要以线性吸附态物种(COL)和桥式吸附态物种(COB)均匀分布在电极表面;此外,当处于低电位区间时,COB一部分转换为COL,一部分氧化成CO2。当溶液中含有饱和的COsol时,COL、COB谱峰蓝移,起始氧化电位提前。
3、对比研究了Pt(110)和Pt(100)电极上CN-与CO共吸附过程,深化了对Pt单晶电极表面两者的共吸附和氧化过程的认识。研究结果表明CN-与CO共吸附过程是结构敏感的反应。在Pt(110)上,COad起始氧化电位正移50mV,氧化峰电位正移260mV左右,且峰电流密度大幅降低,而COad氧化对CN-ad氧化行为基本没有影响;此外COad谱峰红移,CN-谱峰发生蓝移。而在Pt(100)上,CN与CO共吸附后,检测到COL和COB两种吸附态,并且它们的起始氧化电位相对于CO单独吸附推迟了250mV,氧化峰电位正移了162mV,峰电流密度也大幅降低;CN-ad谱峰则发生蓝移,CO谱峰在0.0~0.2V电位区间先红移,在随后的电位区间较之单独吸附时发生蓝移。
4、CO单独吸附时,Pt(100)对COad氧化的电催化活性优于Pt(110),与CN共吸附后,Pt(110)对COad氧化的电催化活性高于Pt(100)。
本文深入研究了酸性溶液中Pt(110)、Pt(100)电极表面吸附态CN-、吸附态CO以及CN-与CO的共吸附层的性能,并探讨了溶液相CO对CO在两个Pt单晶电极上吸附和氧化过程的影响。从分子水平上揭示了上述过程中的电极表面结构效应和相互作用。研究结果发展了Pt单晶电极表面CN-和CO共吸附过程的深入认识,对于进一步探索电催化,表界面过程的本质具有重要价值。