磷酸浓度与温度对Pt/C催化氧还原反应的影响
发布时间：2020-12-27 14:47
采用旋转圆盘电极分析技术分析高温质子交换膜燃料电池中磷酸浓度和温度对Pt/C催化氧还原反应的影响。Pt/C催化氧还原反应的动力学电流密度和扩散极限电流密度随着磷酸浓度的增加逐渐减小,当磷酸浓度增至100%时,电流密度降为0,氧还原催化过程完全被抑制;而磷酸温度的升高则会使电流密度有所增加,但增量很小,不能满足实际应用的需要。磷酸浓度的增加对Pt/C催化氧还原反应具有严重的抑制作用,而温度变化的影响有限。
【文章来源】：电池. 2017年02期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
Pt/C催化剂在不同电解液中的CV曲线
浓度的增加而逐渐向正电势方向偏移，氧化物形成与还原的总电荷也逐渐降低，表明磷酸盐物质在电极上的强吸附阻断了Pt活性位点，并抑制了OH－在Pt表面上的吸附和氧化物的形成［2］。温度升高使氧化物形成起始电位负向偏移，还原电位正向偏移，且总电荷明显增加，表明温度的升高提高了动力学过程及催化剂表面与吸附的氧化物物质之间的吸引力［8］。在正向扫描过程中，0.65V处的波峰随着温度增加而增大，主要是因为在电解液中形成了杂质［4］。2.2OＲＲ曲线Pt/C催化剂在不同电解液中的OＲＲ曲线见图2。图2Pt/C催化剂在不同电解液中的OＲＲ曲线Fig.2OＲＲcurvesofPt/CcatalystindifferentelectrolytesPO3－4吸附对Pt/C催化OＲＲ的影响首先使用0.90V(vs.ＲHE)处的动力学电流密度来衡量。动力学电流密度jk由Koutecky-Levich公式得到，结果见表2。1j=1jk+1jd(2)jd=0.620nFD2/3cv－1/6ω1/2(3)式(2)、(3)中:j是0.90V处实际测量的电流密度，jd是OＲＲ曲线的极限电流密度，取自0.40V(vs.ＲHE)处的实测值［2，6］，电流密度由电流除以ＲDE几何面积(0.1256cm2)得到，n是电子转移的数目，ω是ＲDE旋转速率，F是法拉第常数，D和c分别是O2在电解质溶液中的扩散系数和浓度，ν是溶液的动力学黏度。表2Pt/C催化剂在不同电解液中0.90V处的动力学电流密度Table2Kineticscurrentdensityat0.90VofPt/Ccatalystindifferentelectrolytes电解质浓度/mol·L－1温度/℃j/mA·cm－2HClO40.12513.2640.1251.2111.0251.1065.0250.564H3PO419.0250.02919.0400.06719.0800.23619.01200.36119.01500.778从表2可知，H3PO4中的OＲＲ动力学
电位为0.05～1.20V(vs.ＲHE)。以100mV/s的速度扫描30次，清除杂质并活化工作电极;以50mV/s的速度扫描5次，获取计算Pt电化学活性比表面积用的曲线;以10mV/s的速度扫描5次，获取Pt氧还原的背景电流。氧还原反应(OＲＲ)测试在氧气饱和的电解液中进行，电位为0.05～1.20V(vs.ＲHE)，转速为1600r/min，以10mV/s的速度扫描5次，获取Pt的OＲＲ曲线。更换不同浓度的电解质或者改变电解液温度至25℃、40℃、80℃、120℃或150℃，开始新的测量。2结果与讨论2.1CV曲线Pt/C催化剂在不同浓度和温度的电解液中的CV曲线见图1。图1Pt/C催化剂在不同电解液中的CV曲线Fig.1CVcurvesofPt/Ccatalystindifferentelectrolytes从图1可知，在氢的欠电位沉积区［即0.05～0.40V(vs.ＲHE)］，可在0.10V附近及0.20～0.30V观察到2个明显的波峰。随着电解质浓度的增加和温度的升高，波峰变得尖锐且峰电位向负电位方向有轻微偏移，表明PO3－4的强吸附影响了氢的吸脱附，且温度升高时更加强烈。对氢的脱附峰求积分，并根据式(1)计算Pt/C的电化学活性比表面积(S)，结果见表1。S=QH210×L[]Pt105(1)式(1)中:QH为氢脱附峰的电量;Pt表面饱和吸附单层氢所需电荷为210μC/cm［6］;LPt为Pt的负载量。表1Pt/C催化剂在不同电解液中的电化学活性比表面积Table1ElectrochemicalactivespecificareaofPt/Ccatalystindifferentelectrolytes电解质浓度/mol·L－1温度/℃S/m2·gPt－1HClO40.12565.10.12547.91.02545.15.02538.4H3PO419.02539.619.04037.019.08036.619.012034.719.015029.673
【参考文献】：
期刊论文
[1]铂催化氧还原反应过程中磷酸的影响及抑制磷酸吸附策略（英文）[J]. 李玉萍,姜鲁华,王素力,孙公权. 催化学报. 2016(07)
[2]不同Pt粒径的Pt/C的氧还原活性和稳定性[J]. 周志敏,邵志刚,衣宝廉. 电池. 2009(04)
本文编号：2941933
【文章来源】：电池. 2017年02期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
Pt/C催化剂在不同电解液中的CV曲线
浓度的增加而逐渐向正电势方向偏移，氧化物形成与还原的总电荷也逐渐降低，表明磷酸盐物质在电极上的强吸附阻断了Pt活性位点，并抑制了OH－在Pt表面上的吸附和氧化物的形成［2］。温度升高使氧化物形成起始电位负向偏移，还原电位正向偏移，且总电荷明显增加，表明温度的升高提高了动力学过程及催化剂表面与吸附的氧化物物质之间的吸引力［8］。在正向扫描过程中，0.65V处的波峰随着温度增加而增大，主要是因为在电解液中形成了杂质［4］。2.2OＲＲ曲线Pt/C催化剂在不同电解液中的OＲＲ曲线见图2。图2Pt/C催化剂在不同电解液中的OＲＲ曲线Fig.2OＲＲcurvesofPt/CcatalystindifferentelectrolytesPO3－4吸附对Pt/C催化OＲＲ的影响首先使用0.90V(vs.ＲHE)处的动力学电流密度来衡量。动力学电流密度jk由Koutecky-Levich公式得到，结果见表2。1j=1jk+1jd(2)jd=0.620nFD2/3cv－1/6ω1/2(3)式(2)、(3)中:j是0.90V处实际测量的电流密度，jd是OＲＲ曲线的极限电流密度，取自0.40V(vs.ＲHE)处的实测值［2，6］，电流密度由电流除以ＲDE几何面积(0.1256cm2)得到，n是电子转移的数目，ω是ＲDE旋转速率，F是法拉第常数，D和c分别是O2在电解质溶液中的扩散系数和浓度，ν是溶液的动力学黏度。表2Pt/C催化剂在不同电解液中0.90V处的动力学电流密度Table2Kineticscurrentdensityat0.90VofPt/Ccatalystindifferentelectrolytes电解质浓度/mol·L－1温度/℃j/mA·cm－2HClO40.12513.2640.1251.2111.0251.1065.0250.564H3PO419.0250.02919.0400.06719.0800.23619.01200.36119.01500.778从表2可知，H3PO4中的OＲＲ动力学
电位为0.05～1.20V(vs.ＲHE)。以100mV/s的速度扫描30次，清除杂质并活化工作电极;以50mV/s的速度扫描5次，获取计算Pt电化学活性比表面积用的曲线;以10mV/s的速度扫描5次，获取Pt氧还原的背景电流。氧还原反应(OＲＲ)测试在氧气饱和的电解液中进行，电位为0.05～1.20V(vs.ＲHE)，转速为1600r/min，以10mV/s的速度扫描5次，获取Pt的OＲＲ曲线。更换不同浓度的电解质或者改变电解液温度至25℃、40℃、80℃、120℃或150℃，开始新的测量。2结果与讨论2.1CV曲线Pt/C催化剂在不同浓度和温度的电解液中的CV曲线见图1。图1Pt/C催化剂在不同电解液中的CV曲线Fig.1CVcurvesofPt/Ccatalystindifferentelectrolytes从图1可知，在氢的欠电位沉积区［即0.05～0.40V(vs.ＲHE)］，可在0.10V附近及0.20～0.30V观察到2个明显的波峰。随着电解质浓度的增加和温度的升高，波峰变得尖锐且峰电位向负电位方向有轻微偏移，表明PO3－4的强吸附影响了氢的吸脱附，且温度升高时更加强烈。对氢的脱附峰求积分，并根据式(1)计算Pt/C的电化学活性比表面积(S)，结果见表1。S=QH210×L[]Pt105(1)式(1)中:QH为氢脱附峰的电量;Pt表面饱和吸附单层氢所需电荷为210μC/cm［6］;LPt为Pt的负载量。表1Pt/C催化剂在不同电解液中的电化学活性比表面积Table1ElectrochemicalactivespecificareaofPt/Ccatalystindifferentelectrolytes电解质浓度/mol·L－1温度/℃S/m2·gPt－1HClO40.12565.10.12547.91.02545.15.02538.4H3PO419.02539.619.04037.019.08036.619.012034.719.015029.673
【参考文献】：
期刊论文
[1]铂催化氧还原反应过程中磷酸的影响及抑制磷酸吸附策略（英文）[J]. 李玉萍,姜鲁华,王素力,孙公权. 催化学报. 2016(07)
[2]不同Pt粒径的Pt/C的氧还原活性和稳定性[J]. 周志敏,邵志刚,衣宝廉. 电池. 2009(04)
本文编号：2941933
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