微分电化学质谱测定石墨在析氧反应中的结构腐蚀

电催化析氧反应(OER)不仅是电解水制氢的半反应,也是电催化二氧化碳还原、氮气还原、硝酸根还原、有机小分子还原、金属-空气电池的重要半反应。OER过程是通过四电子机制驱动的。由于OER自身缓慢而复杂的动力学及其自带的强氧化特性,研究电催化材料在OER中的氧化重构规律及其催化机制,对于提高析氧反应的效率意义重大。碳材料作为一类无金属电极材料广泛应用于电催化过程中,其价格低廉、储量丰富、活性、稳定性高,是一种有潜力的OER催化剂。碳材料表面的含氧官能团已被证明是OER的活性位点,但在更高的氧化电位下,由于缺乏对活性位点演化机制的认识,导致对碳材料OER性能的失活机制仍不清楚。正确识别出析氧条件下碳材料的活性位点已成为该领域的研究热点。然而,非原位的表征技术,如X射线衍射技术、扫描电子显微镜技术等难以反映碳材料在工作条件下的催化状态。因此,本文以石墨作为模型材料,利用微分电化学质谱(DEMS)探究石墨在OER过程中的结构变化,研究测试过程中外加电压和电解液pH值对石墨氧化的影响。结果表明,在酸性(pH 0)、中性(pH 7)和碱性(pH 14)条件下,高纯石墨片均是先发生自身的氧化并产生氧化官能团;随着电位的增加,酸性、中性和碱性环境中的石墨阳极均在1.6 V vs.可逆氢电极(RHE)产生CO_(2)和CO,且CO_(2)产量逐渐增大;在酸性条件下,O_(2)的生成电位高于CO_(2),而碱性条件则相反。因此,在碱性条件下,高纯石墨片在一定的电位区间下可以作为OER催化剂使用。本工作不仅揭示了碳材料在电化学氧化条件下全pH值范围内的结构转化规律和相应的演化产物,也提出了碳材料作为OER催化剂时可行的电位操作区间。

利用电化学微分质谱在燃料电池的阴极研究碳载体的氧化

利用电化学微分质谱，在双薄层流动电解池中，通过检测二氧化碳产物的信号研究氧气与铂纳米粒子对碳载体氧化机理与动力学的影响．研究发现，碳载体可以在不同的电位区间内被氧化；氧气可以加速碳的氧化，在相同的电位下碳氧化生成二氧化碳产物的速率在氧气饱和溶液中是在氮气饱和溶液中的两倍；铂纳米粒子可以催化碳的氧化，在碳电极上，担载的铂纳米粒子可以大大降低碳氧化的过电势．讨论了铂与氧气健进碳氧化的机理．

铜电极上二氧化碳还原机理的研究进展

本文从历史角度综述了二氧化碳在铜基催化剂上的还原机理的最新研究进展,对区分C1和C2产物路径发生的机制,以及调控二氧化碳还原产物选择性的影响因素和方法进行了重点阐述,着重讨论了如何利用电化学红外光谱与微分电化学质谱等技术在揭示反应机理方面的研究思路与方法学.

利用原位红外光谱与微分电化学质谱联用技术研究在Pt以及PtRu电极上发生的甲醇氧化反应

利用电化学衰减全反射原位傅里叶变换红外光谱与微分电化学质谱联用技术，在流动电解池环境以及恒电位条件下研究了Pt电极和Pt电极通过表面电沉积Ru形成的PtRu电极（PtxRuy）上发生的甲醇氧化反应（反应电解质溶液为0.1 mol/L HClO4＋0.5 mol/L MeOH）. 在0.3-0.6 V（参比电极为可逆氢参比）实验用到的所有电极上，CO是唯一能从红外光谱观察到的与甲醇相关的表面吸附物；在Pt0.56Ru0.44电极上可以观察到CO吸附在Ru原子形成的岛上和CO线式吸附在Pt电极表面红外波段，而其他电极上只能观察到Pt表面上线式吸附的CO；甲醇氧化活性按Pt0.73Ru0.27〉Pt0.56Ru0.44〉Pt0.83Ru0.17〉Pt的顺序递减；在0.5V时，甲醇在Pt0.73Ru0.27电极上的氧化反应的CO2电流效率达到了50%.

微分电化学质谱:研究锂离子电池的一项关键技术

锂离子电池的安全性问题在很大程度上限制了其在纯电动汽车、规模储能等领域的广泛应用。电池材料|电解质界面副反应所产生的可燃性气体是锂离子电池安全隐患的首要原因。微分电化学质谱是解析锂离子电池产气副反应机制的强有力研究技术。本文综述了微分电化学质谱的发展历程、工作原理、技术要点及其在锂离子电池安全性研究中的应用,并展望了微分电化学质谱在储能领域的机遇、挑战和策略。

Pd修饰Cu电极的电化学CO2还原

利用微分电化学质谱和电化学原位衰减全反射红外光谱技术探究了Cu和CuPd催化剂上CO2和CO的电化学还原行为.红外光谱观察到了生成甲醇、甲烷与乙烯的CHx中间物种.在CuPd电极CO2还原过程中,红外光谱的CO吸附峰起始电位比Cu正移大约300 mV,说明CuPd能够有效促进CO2还原;CO饱和溶液中,Cu和CuPd电极CO起始吸附电位基本相同;两电极上CO谱带出现的电位与CO3^2-的谱带降低的电位基本相同,说明C O的吸附需要CO3^2-的脱附.利用电化学在线质谱发现在CuPd电极上CO还原产生CH4和CH3OH的起始电位比Cu电极正移约200 mV.推测催化活性的提升可能是由于Pd的引入改变了Cu的d能带,且Pd吸附更多的H,从而促进CO2还原,使CO能够与H结合并被深度还原.

乙醇电催化氧化反应动力学分析与研究进展

乙醇是一种很有吸引力的燃料电池电动汽车燃料。乙醇电催化氧化反应动力学研究对于直接醇类燃料电池和间接醇类燃料电池的阳极电催化剂开发有重要作用。本文依据反应机理和阳极电催化剂活性对乙醇的电催化氧化反应动力学进行了讨论, 介绍了先进的微分电化学质谱技术在乙醇电催化反应动力学研究中的应用。

质谱离子源技术用于电化学反应机理研究的进展

电化学反应是连续的动态变化过程,伴随着瞬时中间体和复杂结构物质的产生,因此,精确而有效地捕捉反应过程中的一系列产物,有助于准确推导其电化学反应机理,进而优化反应条件,提高反应效率.目前,主流的电化学在线监测技术包括光谱法、循环伏安法和线性极化曲线等,这些方法能够胜任反应过程中大部分物质的结构及组成变化检测,然而,为了更加系统和精确地掌握电化学反应过程中所有产物的信息,仍需进一步拓展实时、原位反应监测技术.质谱具有灵敏度高、选择性好、分析速度快、可以结构解析等特点,是一种理想的电化学反应研究手段.近年来,采用质谱法研究电化学反应机理的报道越来越多,尤其是采用以电喷雾离子源(Electrospray Ionization,ESI)及其衍生离子源为代表的常压离子源对电化学反应过程进行实时、原位监测已经成为研究热点.本综述主要介绍了近期发表的电化学-质谱联用技术,详细描述了其针对不同类型电化学反应监测要求而设计和开发的电化学离子源装置.

半夹心钌分子催化剂的水氧化电催化

设计和合成以五甲基环戊二烯基(Cp*)半夹心钌配合物为代表的一种具有开放的空间结构和高电荷密度的分子催化剂,通过对配体的调控,成功筛选出具有良好水氧化电催化活性、易固载到电极表面且在强碱性环境下抗水解的[Cp*Ru(PPh 3)2Cl]Cl配合物分子.电化学和在线微分电化学质谱实验表明:该分子可提供易于被进攻Ru(Ⅴ)活性中心,显著加速水氧化生成O 2的反应速率.

研究甲酸在多孔Pt上吸附质的性质以及它与CO的相互作用(英文)

应用现场红外反射光谱（ＦＴＩＲ）和微分电化学质谱（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｍａｓｓｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ，ＤＥＭＳ）研究了甲酸在多孔Ｐｔ上吸附质的性质．伏安结果显示了甲酸在多孔Ｐｔ上吸附质的氧化与吸附电位和吸附时间有关．在线质谱结果表明从甲酸吸附质氧化成二氧化碳所需要的电子数（ｎｅ）与吸附电位无关．显然地ｎｅ＝２．２说明了甲酸吸附质是由ＣＯ和ＣＯＨ组成，而不是只有单一的ＣＯ或者ＣＯＨ．另一方面，在１２６２ｃｍ－１和２０４８ｃｍ－１出现的现场红外光谱带证实了甲酸在多孔Ｐｔ上的吸附质中存在ＣＯ和ＣＯＨ表面物质．此外，用ＤＥＭＳ技术和碳－１３同位素标的甲酸作探针研究了甲酸吸附质和ＣＯ的相互作用．结果表明溶液中的甲酸不能取代先吸附的ＣＯ，而溶液中的ＣＯ可以与７５％先吸附的甲酸吸附质发生交换．