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氧还原催化剂的制备及电化学性能的研究

作　者: 安宝内
导　师: 田颖
学　校: 大连交通大学
专　业: 环境科学
关键词: 氧还原催化剂醌类电催化
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

电化学氧还原反应(oxygen reduction reaction ORR),简单来说是指氧在电极转移失去电子发生的还原反应。绝大多数的燃料电池、空气电池在阴极(正极)发生的反应,基本为氧还原反应,故研究促进其反应过程对提高电池的效率有着重要的理论意义和应用价值。其中,催化剂在电极表面的氧还原反应中起到了非常重要的作用。电催化氧还原,是催化和促进氧还原反应过程的一种重要电化学手段。其作为化学修饰电极电催化范围内的热点研究技术,已经引起诸多电化学工作者的广泛关注。聚毗咯(Ppy)等导电聚合物和掺杂醌类及其衍生物聚吡咯膜修饰电极在提高或抑制氧还原发生反应的过程中有显著作用,其提升和抑制过氧化氢反应速率的作用和掺杂之后聚合物所带来的性能提高,使得醌类及其衍生物修饰电极成为热门的实验对象。因此,研究电催化化学修饰电极、用于制备氧还原催化剂以及醌类衍生物对氧还原行为的影响,具有非常显著的意义和实用价值。本文就制备以聚吡咯和掺杂2,7-蒽醌二磺酸钠/聚毗咯膜修饰电极方法的探讨,得出合成修饰电极最佳的电化学方法和合成条件,并通过研究对比裸玻碳电极和裸不锈钢电极,在不同电解质溶液、不同pH值缓冲溶液,不同通气状态中等外加条件所表现的电化学性能,来考察其对氧还原反应过程催化性能的影响,同时测定其稳定性,考察实用价值和使用寿命。其中涉及扫描电子显微镜技术,用于对观测制备电极修饰催化剂物相表征和微观结构,以及运用交流阻抗技术、循环伏安技术、计时安培技术等测试方法,研究其电化学性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
绪论  9-10
第一章文献综述  10-19
  前言  10
  1.1 氧还原反应  10-11
  1.2 氧还原催化剂  11-12
  1.3 化学修饰电极电催化  12
  1.4 化学修饰电极电催化的类型和应用  12-13
  1.5 导电聚合物的应用  13-14
  1.6 聚吡咯对电催化氧还原的影响及电化学聚合机理  14-16
  1.7 蒽醌及其衍生物对电催化氧还原的影响及研究现状  16-17
  1.9 本课题研究的内容及意义  17-18
  本章小结  18-19
第二章以聚吡咯为氧还原催化剂的修饰电极合成方法  19-29
  前言  19-20
  2.1 实验部分  20-21
    2.1.1 主要实验药品和仪器  20-21
    2.1.2 实验内容和过程  21
  2.2 实验结果分析和讨论  21-28
    2.2.1 恒电流合成方法过程  21-22
    2.2.2 恒电位合成方法的过程  22-23
    2.2.3 循环伏安合成方法的过程  23-24
    2.2.4 循环伏安法中电位对导电聚合物合成的影响  24-25
    2.2.5 不同条件下恒电位法合成的修饰电极的阻抗  25-26
    2.2.6 扫描电镜结果  26-28
  本章小结  28-29
第三章合成聚吡咯和掺杂蒽醌/聚吡咯膜修饰电极及其性能研究  29-45
  前言  29
  3.1 实验内容  29-31
    3.1.1 主要实验药品和仪器  29-30
    3.1.2 实验过程  30-31
  3.2 实验结果与分析  31-44
    3.2.1 聚吡咯修饰电极在不同pH值缓冲溶液中  31-33
    3.2.2 聚吡咯修饰电极和裸电极的对照  33
    3.2.3 聚吡咯修饰电极在含扩散相蒽醌不同pH缓冲溶液中的电化学性能  33-34
    3.2.4 掺杂蒽醌/聚吡咯膜修饰电极的制备  34-37
    3.2.5 掺杂相2,7-蒽醌二磺酸钠/聚吡咯膜修饰电极的电化学性能  37-38
    3.2.6 掺杂2,7-蒽醌二磺酸钠/聚吡咯膜修饰电极在通氧气和通氮气情况下的电化学性能  38-40
    3.2.7 扫速速率对氧还原反应的影响  40-42
    3.2.8 掺杂2,7-蒽醌二磺酸钠/聚吡咯膜修饰电极稳定性  42-44
  本章小结  44-45
结论  45-46
参考文献  46-49
攻读硕士学位期间发表的学术论文  49-50
致谢  50

氧还原催化剂的制备及电化学性能的研究

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