银、镉和玻碳电极上氢析出反应的温度效应研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rlhRLH
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
氢析出反应是电解水制氢,氯碱工业中常见的阴极反应。因其反应相对简单,氢析出反应长期以来一直作为模型电催化反应,为认识电极过程的特点,建立和发展电极反应动力学的有关理论提供了很多重要的信息。另一方面,化工生产以及燃料电池等清洁能源技术所需要高纯度的氢气,大多是利用电解或太阳能光电水解制备的。对电化学氢析出反应的深入认识是提高该过程能量效率的关键。经过近一个世纪的广泛研究人们发现不同金属上电化学析氢的反应活性与金属与H原子间的键能(EM-H)之间存在火山型的关系曲线。近期相关理论研究也认为析氢的交换电流密度与平衡电势下H在金属上的Gibbs吸附自由能之间也存在火山型关系曲线。   根据Brosted-Evan-Polanyi(BEP)关系,H在金属上吸附的Gibbs自由能与析氢反应的活化能垒之间存在线性关系,理论科学家认为计算得到H在金属上的Gibbs吸附自由能以及对应的活化自由能就足以很好地判断催化剂的析氢反应活性,无须考虑计算难度较大的指前因子。考虑到氢析出反应涉及到溶液中的氢键网络,析氢反应过程中反应物的组成与结构一直在动态的变化,我们推测除了反应的活化能垒外,反应的指前因子随反应条件的变化也许也会很大程度改变或影响氢析出的反应速率。为了校验我们的猜想以及理论电化学处理的可靠性,本论文研究了银、镉和玻碳电极在不同电位下氢析出反应的温度效应,获得了反应的表观活化能与指前因子电位效应。研究发现:   1)在酸性介质中氢析出反应活性玻碳电极最好,Ag次之,Cd电极最差,室温下其析氢的起始超电势分别为-0.05,-0.2和-0.7 V左右。Cd电极上的析氢表观活化能数值最大,在40-50k(J)/mol之间,Ag电极的次之在20-30 k(J)/mol次之,而玻碳电极最小,仅为16 k(J)/mol左右。Ag、Cd电极的上述趋势基本与火山型曲线预期的一致。   2)在所考察的电位范围内,玻碳电极上的析氢表观活化能几乎不随电势而变化,超电势增加对应着反应的指前因子单调地增加。而Cd电极上析氢的表观活化能随着超电势增加降低,而指前因子也有同样的趋势。最复杂的要算是Ag电极,从析氢的起始电位负移到零电荷电位,反应的表观活化能以及指前因子随着超电势增加而增加,随着超电势的继续增加,表观活化能又逐步降低,而此时指前因子几乎不随电位而变化。   3)这些数据表明,对像氢析出这样的电催化反应,除了焓变的影响外,负熵因子对电极过程的动力学也可能有很大的影响,其影响甚至可以改变单纯由于焓变导致活性变化趋势。在此基础上,我们初步讨论了Butler-Volmer方程以及过渡态理论用来描述电催化氢析出反应的局限,简单讨论了自由能局域平衡态理论用于研究该反应的可能性。
其他文献
直接甲酸燃料电池具有无毒、能量密度高、膜的渗透率低和工作温度低等优点,在未来各种移动设备及小型发电站领域有广阔的应用前景。以铂及其合金组成的金属仍然是燃料电池电催
铜的氧化物以其独特的性能被广泛的应用在气敏传感领域。具有中空管状结构的碳纳米管(MWCNTs)同样被应用在气敏传感领域。因此将两者进行复合得到的复合材料有望应用在室温下
表面增强拉曼光谱(SERS)因为具有较高的灵敏度而被广泛使用。但是对于SERS应用来说,最大的劣势是检测重现性差。也就是很难控制“热点”的均匀分布,然而“热点”却是拉曼信号增
摘 要: 新闻作为国家文化传播的耳目喉舌,是一个国家的门面,对整个国家和国家文化都极其重要。因此,新闻报道应当谨慎,在传播大国文化的同时,必须谨遵新闻报道准则。本文从语用学角度对新华社公布的新闻报道中的禁用词进行了语言分析。  关键词: 合作原则;礼貌原则;新闻报道;禁用词  一、 引言  新闻作为国家文化传播的耳目喉舌,是一个国家的门面,不仅是政府联系广大人民群众的纽带,而且是一个国家联系其他国
电子-分子反应是化学物理和分子物理方向研究的主要内容之一,一般情况下低能的入射电子与靶分子碰撞时会发生电子贴附解离(DEA),从而产生负离子碎片和中性粒子碎片。我们通过测
在不对称催化反应领域中,手性膦配体占据着重要的地位。在近几十年的发展中,出现了许多以联苯、联萘、螺环、二茂铁等为骨架的手性膦配体。树状分子由于其独特的电子特性和较大