纳米铂的电催化性能研究读书笔记

纳米铂的电催化性能研究读书笔记分析 1213覃钊雄铂是一种天然生成的白色贵金属元素，元素符号 Pt，色泽纯白；分子量为： 195.084熔点：1773 摄氏度（黄金为 1064.18 摄氏度）；密度：21.35g/立方厘米 (黄金为 19.3g/立方厘米)比黄金重；化合价：+1, +2, +3, +4，常见的是+2, +4，在六氟合铂酸氙中为+5，六氟化铂中为+6，后两者极少见；摩氏硬度：4 - 4.5 度（黄金为 2.5 度），化学性稳定，除王水以外不受酸碱腐蚀；自然界铂金的储量比黄金更稀少，常用来作为贵重首饰的材料。20 世纪所建立起来的能源体系已无法适应未来社会对高效、清洁、经济、安全的能源体系的要求,能源发展正面临着巨大的挑战。提高能源的利用率和发展替代能源将成为 21 世纪的主要议题。燃料电池与传统的火力发电、水力发电或核能发电相比, 具有无可比拟的特点和优势。但是,目前在燃料电池的开发应用方面还有一些关键技术问题急待解决, 例如阳极电催化和中毒等. 研究对象是直接甲醇燃料电池阳极, 国内外有关文献报导较多,但多关于阳极催化剂研究,在基体材料上沉积 Pt 一般采用化学镀、电沉积等方法, 用离子镀获得纳米颗粒也有报道。通过改变阳极材料结构, 用粗糙表面的石墨电极作为基体材料, 采用离子镀方法对石墨电极材料沉积纳米 Pt, 并着重探讨离子镀纳米 Pt 对材料表面组织形貌和电催化性能的影响。1、 实验材料和仪器电解液;对电极; H 型电解池; 饱和 KCl 溶液; 橡皮塞;参比电极( SCE) ; 盐桥；石墨电极；30%硝酸溶液；烘箱； E-1030 型真空离子镀膜机等。2、实验方法试样基体材料为石墨电极. 将石墨电极统一制成 14 mm 22 mm 2. 5 mm 长方体试样。通过使用一定规格砂纸对试样表面进行预处理, 以获得表面粗糙度的试样。对砂纸打磨后的试样进行前处理, 前处理的具体过程是: 将石墨试样在 30%硝酸溶液清洗浸泡 30 min,取出后用去离子水清洗至中性, 再对其表面进行除油处理, 用去离子水清洗并浸泡 1 h, 洗至中性, 最后取出晾干备用。在沉积金属 Pt 前, 要对制备的试样进行充分活化, 活化是在 0.1 M H 2 SO 4 溶液中进行, 使用循环伏安法对试样进行活化, 直至循环伏安曲线稳定为止, 取出后用去离子水清洗至中性. 将充分活化的试样放入烘箱,温度为 90 进行烘干, 时间为 2 h, 随箱冷却后取出。在 E-1030 型真空离子镀膜机上进行镀 Pt, 镀 Pt 时间控制在 110 s, 经镀 Pt 的试样表面会显出银白色金属光泽。对镀 Pt 后的试样用酸性硅酮玻璃胶进行封装。采用 HITACHIS-4700() 型场发射扫描电子显微镜 SEM 观察研究试样表面组织形貌. 试样的电化学性能测试是在 CHI 660 C 电化学工作站进行, 使用三电极体系进行测试， 电化学试验装置示意见图 1。1-电解液; 2 -对电极; 3-H 型电解池; 4-饱和 KCl 溶液; 5 -橡皮塞;6-参比电极( SCE) ; 7-盐桥; 8 -工作电极; 9-电化学工作站图 1 电化学试验装置示意图3、实验结果和分析3、1 电极的电催化性能图 2 为试样沉积 Pt 前( 曲线) 和沉积 Pt 后( 曲线) 在 + 1.0 M 甲醇+ 0.1 M 硫酸溶液中的循环伏安曲线, 扫描速度为 50 mV/ s. 由图 2 可知, 未沉积 Pt 的试样对甲醇没有任何催化活性, 即曲线没有表现出典型的甲醇氧化峰。 而曲线是典型的甲醇氧化循环伏安曲线, 在电位正扫描与负扫描曲线上都出现了氧化峰, 其中在电位正扫描时出现了一个很强氧化峰, 峰电位位于 0.65 V, 当电位负扫描时出现了一个相对较弱的氧化峰, 峰电位位于 0.55 V 左右。 对于这两个氧化峰, 一般认为 0.65 V 左右的氧化峰属于甲醇的氧化, 而 0.55 V 左右的负扫描峰则与甲醇的中间产物氧化有关, 另外, 负扫描氧化峰明显低于正扫描氧化峰, 这与甲醇的中间产物的产生量有关。图 2 石墨试样和纳米 Pt/石墨试样的循环伏安曲线3、2 峰值电流与甲醇浓度的关系在直接甲醇燃料电池的实际应用中, 甲醇浓度的影响同样是不容忽视的因素之一。 因此, 本实验检测了不同甲醇溶液中, 甲醇浓度对于循环伏安曲线中正扫描和负扫描氧化峰峰值电流密度的影响。图 3 为纳米 Pt/ 石墨试样在不同甲醇浓度的循环伏安曲线图, 扫描速度为 50 mV/ s. 其中曲线 1 为在 0.5M 甲醇+ 0. 1 M 硫酸水溶液中测得, 曲线 2 为在 1M 甲醇+ 0. 1 M 硫酸水溶液中测得, 曲线 3 为在 2 M 甲醇+ 0. 1 M 硫酸水溶液中测得, 曲线 4 为在 3 M 甲醇+ 0. 1 M 硫酸水溶液中测得, 曲线 5 为在 4 M 甲醇+ 0. 1 M 硫酸水溶液中测得.从图 3 中, 可以明显直观地看到随着甲醇浓度的增加, 曲线的正扫描和负扫描氧化峰电流也随着增大, 在低浓度时增大缓慢, 而在高浓度增长十分迅速,这 图 3 不同甲醇浓度的循环伏安曲线也可以说明甲醇氧化过程中产生大量的中间产物( 如 CO ads ) 并没有占据催化剂的表面, 所以氧化峰电流大小受甲醇氧化过程中产生的中间产物影响不是很大。图 4 为纳米 Pt/ 石墨试样甲醇氧化峰值电流密度与甲醇浓度的关系图. 其中曲线 1 为纳米 Pt/ 石墨试样在不同甲醇浓度的循环伏安曲线的电正扫描氧化峰值电流密度与甲醇浓度的关系 , 曲线 2 为纳米Pt/石墨试样在不同甲醇浓度的循环伏安曲线的电负扫描氧化峰值电流密度与甲醇浓度的关系,曲线 1 与曲线 2 的趋势相近, 在低浓度时增长缓慢, 在高浓度增长反而加快, 而且在高浓度阶段几乎成线性关系, 图 4 甲醇氧化峰值电流密度与甲醇浓度的关系也正说明催化剂表面几乎没有被甲醇氧化过程中产生的中间产物( 如 CO ads ) 附着, 催化剂基本没有被毒化, 有一定的抗中毒能力。4、结论采用真空离子镀纳米 Pt/ 石墨电极在电位正扫描与负扫描曲线上都出现了氧化峰, 其中在电位正扫描时出现了一个很强氧化峰, 峰电位位于 0. 65 V, 当电位负扫描时出现了一个相对较弱的氧化峰, 峰电位位于 0. 55 V 左右. 具有粗糙表面的纳米 Pt/ 石墨电极, 其峰值电流受甲醇浓度的影响. 随着甲醇浓度的上升, 甲醇氧化峰电流密度增加, 特别在高甲醇浓度时, 呈现线性关系, 显示了其具有良好的抗催化剂毒化能力. 另外, 在峰值电流密度与扫描速度的关系的测试中, 出现两个线性区, 但斜率相差不大, 说明纳米 Pt/ 石墨电极受控制步骤影响较小, 采用真空离子镀纳米 Pt/ 石墨电极具有良好的电催化性能。有机污染物的电催化氧化降解技术是使有机物质在阳极上直接被电催化氧化分解, 或者通过电极反应过程中产生的羟基自由基等强氧化剂使水中的有机污染物间接氧化降解。 该方法具有处理污染物能力强、 设备简单、 无二次污染等优点, 因此在水处理中的应用一直受到重视并有着较好的应用前景。 但长期以来, 由于受电极材料的限制, 电催化氧化法降解有机污染物的电流效率低, 能耗较高, 因而这一方法未能发挥其应有的潜在优势和处理功效。 近年来, 国际上已注重从研制高效催化电极材料入手, 对有机物电催化氧化的方法、 降解效果和机理进行了研究, 并逐渐应用于某些生物难降解有机废水的处理。铂电极在电化学及环境领域应用中发挥着重要作用。 由于铂良好的催化活性在粉碎或分散状态下