电解偏硼酸钠合成硼氢化钠的研究

论文摘要

硼氢化钠不仅是一种优良的还原剂,也是燃料电池优良的氢源,其储氢容量的质量分数高达10.8%,1mol硼氢化钠水解能产生4mol氢气和偏硼酸钠,直接硼氢化钠燃料电池（DBFC）理论开路电压为1.64V,而且具有很高能量密度,可达到9.3Wh·g-1,比甲醇燃料电池（6.1 Wh·g-1）高得多。但是,硼氢化钠价格比较昂贵,限制了其在直接硼氢化钠燃料电池中的广泛应用。因此,研究电化学还原偏硼酸钠合成硼氢化钠具有十分重要的应用价值。论文首先采用循环与线性伏安法研究偏硼酸钠碱性溶液在金、镍、铅、铜、（TiO2,ZnO,C）/ Ni等电极上的电化学行为。结果发现:与氢氧化钠溶液的伏安曲线相比较,偏硼酸钠碱性溶液的伏安曲线上没有出现新的氧化还原峰,说明在电解偏硼酸钠合成硼氢化钠的电化学反应中,偏硼酸根离子没有直接参与阴极还原过程。其次,采用循环与线性伏安法研究了偏硼酸钠碱性溶液以及硼氢化钠碱性溶液在金电极上的电化学行为。结果发现:硼氢化钠在电位为-0.4V处出现很明显的氧化峰,而氢氧化钠和偏硼酸钠没有出现氧化峰,据此可以对电解液进行定性分析;而且,氧化峰电流与硼氢化钠浓度对应成线性关系,该方法可用于检测电解偏硼酸钠合成硼氢化钠体系中微量硼氢化钠的浓度,检测硼氢化钠浓度范围为10-410-3 mol/L,测量结果的相对标准偏差分别为2.32%和3.40%。最后,研究了脉冲电流、电极材料、电解时间、添加剂硫脲（TU）对电解偏硼酸钠合成硼氢化钠的影响。结果发现:脉冲电流可以促使偏硼酸根离子靠近阴极,从而实现偏硼酸根的还原,最佳脉冲是T1=2s,T2=3s;（ZnO,MnO2,C）/Ni和（ZnO,MnO2,C）/Ni电极对电解合成硼氢化钠具有较好的催化活性,最佳电解时间为5h;适量的添加剂TU可以改善偏硼酸钠的电解还原。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 硼氢化钠水解制氢
• 1.3 硼氢化钠燃料电池
• 1.3.1 直接硼氢化钠燃料电池
• 1.3.2 间接硼氢化钠燃料电池
• 1.4 硼氢化钠合成方法概述
• 1.5 电解合成硼氢化钠
• 1.5.1 电解法的特点与现状
• 1.5.2 脉冲电流
• 1.6 主要研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验药品和设备
• 2.1.1 主要化学试剂及材料
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.2 电极的制作和预处理
• 2.2.1 参比电极
• 2.2.2 辅助电极
• 2.2.3 研究电极
• 2.3 电解槽的制作与电解过程
• 2.4 电化学测试方法
• 2.4.1 线性扫描伏安法
• 2.4.2 循环伏安法
• 2.5 碘量法
• 3 结果与讨论
• 3.1 偏硼酸钠碱性溶液的电化学行为
• 3.2 电解液的分析测试
• 3.2.1 电解液在金电极上的电化学伏安特性
• 3.2.2 电解液的定量分析
• 3.3 电解工艺的优化
• 3.3.1 脉冲电流对电解过程的影响
• 3.3.2 不同电极的催化活性
• 3.3.3 电解时间和硫脲添加剂的影响
• 4 结论与展望
• 4.1 主要结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录