电化学石英晶体微天平在电催化材料地研究中应用

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1、摘要电化学石英晶体微天平(EQCM)技术将石英晶体微天平和恒电位仪联用，具有原位监测工作电极表面纳克级质量变化的能力。因此，利用电化学石英晶体微天平技术获得在金属电沉积、醇氧化、氧还原等电化学过程中电极表面的质量变化信息为电催化材料催化活性、稳定性等的研究提供了一种简便而快速的方法。目前，国内外对电催化材料的EQCM研究已有一些报道，但还有一些值得深入探讨的地方。针对钯对乙醇氧化的本征催化活性、钯基催化剂对氧还原反应的电化学稳定性的EQCM研究未见报道。本论文综述了电化学石英晶体微天平的基本原理和在各领域研

2、究中的应用，并以此技术研究了钯基催化剂的性能，完成了以下研究工作：1)应用电化学石英晶体微天平控制沉积纳克级质量钯，计算电沉积过程的电流效率，考察所镀钯对碱性介质中乙醇氧化的催化活性。实验结果表明当沉积电位正于氢还原电位时，沉积过电位越大，电流效率高。当沉积电位为0．1V(佩SCE)时，电流效率为95％。电极表面所镀钯的质量越少，钯对乙醇催化氧化的质量比活性越高。当电极表面钯的质量约为50ng(250ng／cm2)时，钯对乙醇氧化的催化活性为1．8×104A／gPd。2)应用电化学石英晶体微天平研究了钯铁合

3、金催化剂分别在酸性、碱性介质中的电化学稳定性。发现在酸性溶液中，由于钯铁合金的电化学／化学溶解，导致催化剂的电化学活性面积不断减小，对氧还原反应的催化性能逐渐降低，因而钯铁合金催化剂在酸性溶液中不稳定。在碱性溶液中，钯铁合金催化剂的电化学活性面积并不随电化学反应的进行发生明显变化，对氧还原反应的催化性能并不发生明显变化，表明钯铁合金催化剂在碱性溶液中非常稳定。本论文共分六章，第一章综述了EQCM的基本原理和EQCM的应用进展。第二章详细介绍了EQCM电极的电极常数、粗糙度的标定方法，采取恒电流或恒电位沉积的

4、方法分别对Au．EQCM和Pt．EQCM电极的电极常数进行标定，并利用EQCM电极在硫酸溶液中的循环伏安曲线计算电极粗糙度。第三章叙述钯在Pt．EQCM电极上的沉积以及电化学表征。第四章展开利用EQCM对电极进行纳克质量级的修饰，表征钯对碱性介质中乙醇氧化的催化活性，并计算电沉积过程的电流效率、分析钯电结晶过程的成核与生长机理。第五章为钯铁合金催化剂的稳定性研究。第六章为结论与工作展望部分，概括了本学位论文中得到的结论和创新点，及工作展望。关键词：电化学石英晶体微天平；钯；电沉积；电催化剂；乙醇氧化ⅡAbs

5、tractElectrochemicalquartzcrystalmicrobalanc宅(EQCN0withapotentiostat∞n／n—s／tumeasurethemasschangeontheelectrodesurfaceinthenanogramlevelItisasimpleandrapidmethodtoobtaintheinformationofthemasschangefortheinvestigationofthecatalyticactivityandstabilityofthe

6、electrocatalystsduringthemetalelectrodeposition,alcoholoxidationandoxygenreductionprocesses．Therearefewreportsonthestudyoftheelectrocatalyticmaterials，particularly,ontheintrinsiccatalyticactivityforalcoholoxidationandelectrochemicalstabilityofpalladiumforo

7、xygenreductionreaction．Inthisthesis，theprincipleofEQCMandtheapplicationsofEQCMinvariousresearchfieldsarereviewed．ThepresentworkfocusesonthestudyonthePd-basedelectrocatalystsbythistechniqueasfollows．1)EQCMWasusedtocontrollablydepositpaladhminthenanogramleve

8、LThecurrentefficiencyduringdepositionprocesswascalculatedandthecatalyticactivityofpaHadmmforethanoloxidationinalkalinesolutionwasstudied．Theresultsshowthatthecurrentefficiencyincreaseswithincrementintheoverpo