控温电化学原位红外光谱方法及其对乙醇电氧化研究

温度对反应速率的影响很大,对不同类型的反应,其影响程度不同。通过不同温度下反应机理的研究可以深入理解电催化过程,对催化剂的设计具有指导意义。本工作初步建立了控温原位红外测定方法。采用温控电极,用电势测温法进行温度的校准,实验得出控温仪器加热温度Th与电极表面温度TS的关系为TS=0.57Th+7.71(30℃<Th≤50℃);TS=0.62Th+5.12(50℃<Th≤80℃),误差分析最大温差为1℃。利用该方法研究了Pt/C和PtRh/RGO催化剂在不同温度下的乙醇电氧化过程,推测了反应机理。

温度对乙醇电催化氧化的影响

升高温度可以提高反应速率和增加物质的输运,因此通过不同温度下反应机理的研究可以深入理解电催化过程,对催化剂的设计具有指导意义。本工作初步建立了变温原位红外测定方法。采用温控电极,用电势测温法进行温度的校准,实验得出控温仪器加热温度Th与电极表面温度TS的关系为TS=0.57Th+7.71(30℃<Th≤50℃);TS=0.62Th+5.12(50℃<Th≤80℃),误差分析最大温差为1℃。利用该方法我们研究了商业Pt/C催化剂在不同温度下乙醇的电氧化过程。从循环伏安图可以明显看到随着温度的升高整体氧化电流增大,起始电位、峰电位均负移,说明热活化使得氧化反应更容易进行;第一个峰电流与第二个峰电流的比值用于定性评估CO2的选择性,对比25℃,商业Pt/C催化剂在65℃下第一峰提高30%,说明高温有利于C―C键的断裂。对比25℃的原位红外谱图,我们发现35℃及50℃下商业Pt/C催化剂上CO2产物的起始电位负移200 mV,说明高温下,Pt/C催化剂能在更低的电位提供含氧物种;而CH3CHO、CH3COOH起始电位不随温度变化。用CO2与CH3COOH的积分面积比来评估CO2选择性,发现高温低电位其选择性最高,说明高温低电位有利于乙醇完全氧化生成CO2,而高温高电位下表面吸附含氧物种占据了活性位,阻碍C―C键断裂。