Ce（Ⅳ）/Ce（Ⅲ）氧化还原性能研究

论文摘要

Ce（IV）/Ce（III）作为一种氧化还原电对,与目前研究的其他电极电对相比,具有很高的氧化还原电位（1.61 V）,具有极大的氧化还原电池开发潜力。本文对Ce（IV）/Ce（III）在磺酸溶液中的氧化还原的电化学过程进行了系统地研究,并进一步改善了其还原过程动力学。研究了Ce（IV）/Ce（III）电对的氧化还原反应及Ce（Ⅳ）还原的动力学过程,并分析得到相关动力学参数。结果表明,Ce（IV）/Ce（III）电对在Pt电极上的反应是准可逆过程。计算得到Ce（Ⅳ）的还原扩散系数Dc为1.4×10-6cm2.s-1,标准速率常数K0=3.24×10-cm.s-1。通过循环伏安实验,得出：H+浓度为3.0 mo1.L-1时Ce（IV）/Ce（III）电对反应可逆性最好,反应速率最大,温度升高能加速反应的进行研究了添加剂的作用。发现加入Ag+、Cr3+、Co2+、NH4+能够促进Ce（Ⅳ）/Ce（Ⅲ）氧化还原反应的进行。计算得到,Ce（Ⅳ）在这些体系中的还原扩散系数分别为4.0×10-6 cm2·s-1、3.48×10-6 cm2·s-1、2.85×10-6 cm2·s-1、2.62×10-6 cm2·s-1。Ag+浓度为0.006 mo1.L-1时,在电流密度为25mA.cm-2,碳毡面积为6 cm2条件下,电压降△U为0.4 V,放电起始电压保持在2.20 V左右,经过30次循环后库伦效率不低于65.7%。研究了各种酸对Ce（Ⅳ）/Ce（Ⅲ）电对的电极反应过程的影响,发现柠檬酸、草酸、硼酸促进了Ce（Ⅲ）的氧化,乙酸促进了阴极Ce（Ⅳ）还原动力学,它们均提高了电池体系的放电电压。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 液流电池定义及分类
• 1.3 铈的应用
• 1.4 Ce（Ⅲ）/Ce（Ⅳ）电对在电解液中的研究
• 1.5 添加剂的研究
• 1.6 本课题的研究意义及创新点
• 1.6.1 研究意义
• 1.6.2 主要研究内容及创新点
• 第二章 实验原理及方法
• 2.1 实验材料及仪器
• 2.2 电解液的配制
• 2.2.1 正极电解液
• 2.2.2 负极电解液
• 2.3 测试方法
• 2.3.1 电化学测试
• 2.3.2 充放电实验
• 2.3.3 电导率测试
• 第三章 Ce（Ⅳ）/Ce（Ⅲ）氧化还原反应机理研究
• 3.1 稳态极化曲线
• 3.1.1 Ce（Ⅳ）还原过程极化曲线分析
• 3.1.2 低过电位区的动力学
• 3.1.3 参加反应电子数
• 3.2 循环伏安分析
• 3.3 交流阻抗
• 3.4 电极反应过程影响因素研究
• +浓度'>3.4.1 H⁺浓度
• 3.4.2 温度
• 3.5 本章小结
• 第四章 简单阳离子作用研究
• +对Ce（Ⅳ）/Ce（Ⅲ）电化学性能的影响'>4.1 Ag⁺对Ce（Ⅳ）/Ce（Ⅲ）电化学性能的影响
• 4.1.1 循环伏安分析
• 4.1.2 极化曲线分析
• 4.1.3 交流阻抗分析
• +含量的研究'>4.1.4 Ag⁺含量的研究
• 4.1.5 性能测试
• 3+对Ce（Ⅳ）/Ce（Ⅲ）电化学性能的影响'>4.2 Cr³⁺对Ce（Ⅳ）/Ce（Ⅲ）电化学性能的影响
• 4.2.1 极化曲线分析
• 4.2.2 循环伏安分析
• 4.2.3 A-Cr和A-CrAg性能测试
• 4.3 其他阳离子添加剂的研究
• 4.3.1 极化曲线
• 4.3.2 旋转圆盘电极（RDE）测试
• 4.3.3 循环伏安
• 4.4 本章小结
• 第五章 自由酸对电解液电化学性能的影响
• 5.1 对阳极过程的影响
• 5.1.1 柠檬酸
• 5.1.2 草酸和硼酸
• 5.2 对阴极过程的影响——乙酸
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间主要研究成果