有序化氰桥混配物修饰铂电极上三种有机小分子醇的电催化氧化研究

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本文以氰桥混配物修饰铂电极为研究基础,先通过调控卵磷脂、AOT、曲通等组份比例在铂电极表面构建了一种溶致液晶软模板,然后利用此软模板结合电沉积法成功制备了有序化氰桥混配物(Nd-Fe-MoO42-)修饰铂电极。并且进一步研究了此修饰电极上三种有机小分子醇的电催化氧化反应,证明该有序化结构的氰桥混配修饰物对它们的电氧化反应具有非常有效的协同催化作用。论文的研究内容包括以下四章:第一章:综述该部分简述了纳米材料的特性及其制备方法。重点介绍了溶致液晶软模板的合成方法以及相关纳米材料在电分析化学领域中的应用前景,并详细阐述了三种有机小分子(甲醇、乙二醇、丙三醇)燃料电池阳极材料的发展及存在的问题。第二章:首次利用卵磷脂-AOT-曲通X-100体系溶致液晶软模板法制备了有序化氰桥混配物修饰的铂电极。通过SEM技术表征了该修饰电极的表面形貌;采用循环伏安法和计时电流法研究了甲醇在该修饰电极上的电催化氧化行为。实验发现在预涂软模板的铂电极上先电沉积氰桥混配物(Nd-Fe-MoO42-),然后再采用氢气泡法脱除软模板可形成高度有序化氰桥混配物修饰的铂电极(Nd-Fe-MoO42-/Pt)。在此修饰电极上,甲醇的电催化氧化峰电流密度与未有序化同类物修饰的铂电极相比增加了约50%,且甲醇在该有序化氰桥混配物修饰电极上的活化能亦有所减小。此外,计时电流法和电极稳定性实验均证明该有序化结构的氰桥混配修饰物对甲醇的电催化氧化过程具有更好、更稳定的协同催化作用。第三章:采用循环伏安法和计时电流法,首次在有序化氰桥混配物修饰铂电极(Nd-Fe-MoO42-/Pt)上对乙二醇的电催化氧化行为进行了研究,实验发现乙二醇在该修饰电极上的电催化氧化峰电流密度比裸铂电极增加了10余倍。同时,研究了支持电解质中H+和SO42-浓度变化对乙二醇氧化过程伏安特性的影响。结果表明:SO42-/HSO4-浓度的增加可以使氧化峰电位负移;当H+和SO42-两种离子共存时,H+的影响起主导作用。温度对乙二醇电催化氧化电流的影响也较大,实验求出乙二醇在该有序化氰桥混配物修饰铂电极上电催化氧化的活化能较低。此外,计时电流法和电极稳定性实验均可证明,该有序化结构的氰桥混配物修饰铂电极对乙二醇的电催化氧化过程具有良好的催化活性和一定的抗毒化能力。第四章:研究了有序化氰桥混配物修饰铂电极上丙三醇的电催化氧化行为,讨论了支持电解质、丙三醇浓度、CV扫描速率等条件对丙三醇电催化氧化行为的影响。实验表明:相同条件下,丙三醇在该修饰电极上的电催化氧化峰电流密度是裸铂电极的4倍,且活化能也较小。扫描速率的平方根与丙三醇氧化峰电流之间存在良好的线性关系,表明丙三醇在该修饰电极上的电极反应主要是受扩散控制的。此外,计时电流法和电极稳定性实验均证明该有序化结构的氰桥混配修饰物对丙三醇的电催化氧化过程具有较好、较稳定的协同催化作用。
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