Ir（111）电极上氢和含氧物种吸附的电化学阻抗研究

发布时间：2021-02-24 07:44

　　电化学反应通常发生在电极溶液界面的双电层区并伴随着一些物种在电极表面的吸附,这些物种有水分子、溶液中的阴阳离子、反应物及反应中间产物或者溶液中存在的其他物种。在这些吸附过程中最简单的就是氢物种的吸附过程,该过程只涉及一个质子和一个电子,因此非常适合作为一个模型反应用于电化学反应机理的研究,同时氢物种吸附也是氢电催化体系（氢析出反应和氢氧化反应）的基本过程;而含氧物种的吸附作为氧电催化体系（氧还原反应和氧析出反应）一个不可或缺的过程,其吸附行为同样得到了广泛的研究。研究氢吸附和含氧物种在电极表面的吸附行为可以帮助我们更好地理解氢电、氧电催化反应的机理,从而为解决氢燃料电池和电解水技术的基础问题—如何设计高效廉价的催化剂提供理论上的指导。目前Pt是氢/氧电催化体系最好的催化剂,我们尝试从构效关系的角度研究不同催化基底对氢和含氧物种吸附过程的影响,由于Ir与Pt在物理性质和化学性质方面都很相似,因此我们选择结构明确的Pt（111）和Ir（111）作为模型电极,研究两个电极表面氢和含氧物种的吸附过程。我们主要开展了以下研究:Pt（111）和Ir（111）电极上氢物种吸附的电化学阻抗研究:我们利... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１循环伏安法中三角波电势信号??

?第２章实验试剂与装置???２．２实验技术??２．２．１循环伏安法??循环伏安法是一种非常重要的电化学研宄方法，可以用来研究电极反应的性??质、机理及动力学参数等信息。循环伏安法是对测试体系施加一个循环三角波形??的电势信号（如图２．１所示），并记录电流－电势曲线；电势范围可以使电极上能??交替发生不同的氧化和还原过程，因此在一次三角波扫描后，电极完成一个氧化??和还原过程的循环，故称此方法为循环伏安法。??＊?＼??Ａ???＞??Ｘ?．??图２．１循环伏安法中三角波电势信号??循环伏安法中，三角波电势信号通常以一定的速率进行扫描：正扫时，??五＝ｆｉ＋ｖ？；负扫时，五＝五ｆ－ｗ，Ｖ为电势扫描速率。图２．２给出了经典的循环伏安曲??线图，从图中可以看出，正扫时随着电位的增大体系中的还原物种失去电子发生??氧化反应，从而在循环伏安图中观察到正的氧化电流；负扫时过程恰恰相反，随??着电位的降低，体系中的氧化物种得到电子发生还原反应，从而在循环伏安图上??观察到负的还原电流。从循环伏安图中，我们不仅可以得到氧化还原反应的峰电??位、峰电流信息，还可以从氧化峰和还原峰的对称性角度判断电极反应的可逆程??度、动力学快慢，对称性越好表示电极反应可逆程度越高、动力学越快。同时，??改变电势扫描速率，观察得到的循环伏安曲线峰电位和峰电流的变化规律，还可??以得到电极反应过程动力学的相关信息。??图２．２经典的循环伏安曲线图??９??

层充放电电流等因素??的影响，从而对实验结果造成干扰，因此需要更有效的测试方式将干扰因素排除??在外。电化学交流阻抗法恰恰能弥补经典电化学研究方法的不足，该方法可以在??很宽的时域（ｌＯＭＯ＾ｓ）或频率域（ｌＯ＋Ｋ＾Ｈｚ）进行测量，因此能够将电极溶液??界面反应速率不同的过程区分开，从而得到更多关于电极过程的动力学信息及电??极界面结构信息。??Ｘ?电化学体系［＝Ｃ＞?Ｙ??扰动信号?响应信号??Ｘ＝Ｅ｛＾ＡＥｓｉｎ（ｃｏｔ?－＾６）?Ｙ＝＾?ＡＲｉ＾ｃｏｔ?＋６ｒ）??图２．３电化学阻抗法原理示意图??电化学阻抗法的原理如图２．３所示，将待研究的电化学体系看作一个线性体??系，通常在某一特定电势下给体系施加一个小幅度正弦电势信号：??Ｘ?＝?Ｅｑ?＋?＼Ｅｓｉｎ（ｃｏｔ?＋?０）??那么体系将输出一个正弦电流信号：??Ｙ?＝?Ｉｑ?＋?ＡＪｓｍ（〇）ｔ?＋?Ｏ＇）??此时电化学体系的频响函数ｙ／Ｘ即为电化学阻抗Ｚ：??ｚ?＝?—??电化学阻抗Ｚ是一个随ｗ变化的矢量，通常用复数形式表示：??Ｚ（ｃｏ）?＝?Ｚ＼ｃｏ）－ｊＺ＇＼（〇）??１０??

【参考文献】：
期刊论文
[1]电催化界面和反应的电化学阻抗谱研究:经典永不褪色（英文）[J]. 黄俊.  电化学. 2020(01)



本文编号：3049040