电催化体系的pH效应及其耦合效应的研究

发布时间：2023-04-19 22:02

　　很多与电化学物质-能源转换的电催化反应,如氢电极反应,氧电极反应,CO2的还原反应或有机小分子的氧化反应等,都涉及质子与电子的转移。pH效应对这类反应的影响主要体现在以下两点:1.改变pH会影响反应整体和局部的热力学;2.pH的变化可改变界面双电层的结构、荷电状态、溶剂化质子在界面的分布与构型,从而深刻影响电荷转移机理与动力学。尽管人们已对电催化反应的pH效应开展了大量的研究,但即使对氢电极反应这样简单的反应,人们对其pH效应的理解和认识依然还存在很多争议。为了加深对氢电极反应的pH效应的理解,本论文以Pt(111)电极上的氢析出/氢氧化反应(HER/HOR)为模型反应,结合计算模拟与实验,探讨了溶液的pH以及相关耦合效应对HER/HOR反应的机理与动力学的影响动力学。取得了以下的成果:1.溶液中水合氢离子的形态与HER动力学的关系:结果表明,水合氢离子的形态在水溶液中的分布受温度,水的活度影响,温度越低,质子越容易水合形成复杂的氢键网络结构,而水的活度越低,水合质子倾向于不形成复杂的结构。各种形态对于总反应的贡献不同,在HER过程中,电流的贡献来源于在低水合程度的质子(H+·nH2O...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
本论文所使用的物理量,对应符号与量纲
第1章 引言
    1.1 电催化: 一门复杂而实用的学科
    1.2 pH效应: 电催化中富有生命力的主题
    1.3 本论文的研究内容概述
第2章 水合质子与pH效应
    2.1 微观模型:建模的思想和出发点
    2.2 建模细节与优化方法
    2.3 不同水合质子的DFT计算结果
    2.4 不同水合质子的分布估算
    2.5 电流-电势曲线的估算
    2.6 定性解释与应用展望
    2.7 本章小结
第3章 耦合传质过程的HER反应动力学分析
    3.1 实验条件与实验体系
    3.2 理论分析与讨论
    3.3 结果与讨论
    3.4 动力学参数的计算以及HER/HOR分支电流解析
    3.5 本章小结
第4章 与pH效应耦合的效应
    4.1 pH耦合阳离子效应
    4.2 pH耦合的H/D同位素效应
    4.3 pH耦合温度效应
    4.4 pH耦合其它效应的讨论
    4.5 本章小结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3794293