电极和电解质对H2O2开路电位的影响研究

论文摘要

H2O2比O2具有更高的标准还原电极电位,因此H202作为燃料电池阴极氧化剂比氧气有优势。但H2O2的实际开路电位（OCP）往往低于其理论平衡电位,导致燃料电池的开路电压远低于其理论值。研究导致H2O2开路电位低于其理论平衡电位的原因,对以H202为氧化剂的燃料电池的研究有重要意义。本文通过开路电位、Tafel极化曲线和循环伏安的测量,考察了电极材料、电解液的酸碱性、H2O2浓度、电解液阴离子和反应温度对H2O2开路电位的影响,研究了开路电位时的电极反应,总结导致H2O2开路电位小于理论还原电位的原因。在酸性溶液中,Pt、Pd、Au和GC电极表面H2O2开路电位与酸浓度的对数呈线性关系。硫酸溶液中,H2O2开路电位为：Pt电极—E=0.8+0.051g（c（H2SO4））,Pd电极—E=0.797+0.0491g（c（H2SO4））,Au电极—E=0.805+0.051g（c（H2SO4））,玻碳（GC）电极—E=0.813+0.051g（c（H2SO4））.开路电位不随H2O2浓度变化而改变。电解液阴离子影响H2O2的开路电位,对于Pt、Pd、Au和GC电极,在不同阴离子的电解液中,开路电位不同,但变化不大。温度增大,开路电位减小,贵金属开路电位随温度平均变化率在-1.0～-0.1 mV/K。在碱性电解液中,对于Pt、Pd和Au电极开路电位与NaOH浓度关系符合能斯特方程,开路电位和碱浓度对数斜率为-0.06～-0.04,而GC电极开路电位与NaOH浓度对数关系偏离能斯特方程较大,为-0.099。H2O2开路电位为：Pt电极—E=0.056-0.0591g（c（NaOH））,Pd电极为—E=0.063-0.0551g（c（NaOH））,Au电极—E=0.027-0.0411g（c（NaOH））,GC电极—E=-0.008-0.0991g（c（NaOH））.碱溶液中H202浓度对丌路电位影响小于能斯特方程的变化范围。Pt电极在0.1 mol·L-1H2O2+0.1 mol·L-1NaOH电解质中丌路电位温度系数为：-1.34 mV/K。酸溶液H202丌路电位随酸浓度变化、随H202浓度变化的规律符合混合电位的结论。循环伏安、线性电位扫描和Tafel极化曲线的测量结果表明,贵金属电极（Pt、Pd和Au）H202丌路电位主要是由H202电氧化和电还原反应组成,是混合电位。而GC电极丌路电位则不是混合电位。由于H202电氧化反应发生,主要导致丌路电位减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 燃料电池概述
• 2O₂为氧化剂的燃料电池'>1.2 以H₂O₂为氧化剂的燃料电池
• 2O₂阴极催化剂'>1.3 H₂O₂阴极催化剂
• 2O₂开路电位'>1.4 H₂O₂开路电位
• 1.5 本课题的研究目的意义和内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 电化学测量
• 2.2.1 循环伏安曲线的测量
• 2O₂开路电位的测量'>2.2.2 H₂O₂开路电位的测量
• 2.3 本章小结
• 第3章 过氧化氢在酸性溶液中的开路电位
• 3.1 电极在酸溶液中的循环伏安曲线
• 2O₂开路电位'>3.2 酸溶液中H₂O₂开路电位
• 3.2.1 电极预处理对开路电位的影响
• 2O₂开路电位的影响'>3.2.2 酸溶液中酸浓度对H₂O₂开路电位的影响
• 2O₂浓度对开路电位的影响'>3.2.3 酸溶液中H₂O₂浓度对开路电位的影响
• 2O₂开路电位的影响'>3.2.4 温度对H₂O₂开路电位的影响
• 2O₂溶液的Tafel极化曲线'>3.3 H₂O₂溶液的Tafel极化曲线
• 2O₂溶液开路电位附近的电极反应'>3.4 H₂O₂溶液开路电位附近的电极反应
• 2O₂溶液中开路电位附近的循环伏安曲线'>3.5 电极在H₂O₂溶液中开路电位附近的循环伏安曲线
• 3.6 本章小结
• 第4章 过氧化氢在碱性溶液中的开路电位
• 2O₂开路电位'>4.1 碱溶液中H₂O₂开路电位
• 4.1.1 碱溶液中NaOH浓度对开路电位的影响
• 2O₂浓度对开路电位的影响'>4.1.2 碱溶液中H₂O₂浓度对开路电位的影响
• 4.1.3 温度对开路电位的影响
• 2O₂碱溶液的Tafel极化曲线'>4.2 H₂O₂碱溶液的Tafel极化曲线
• 2O₂在碱溶液开路电位附近的电极反应'>4.3 H₂O₂在碱溶液开路电位附近的电极反应
• 2O₂在碱性溶液中的循环伏安曲线'>4.4 H₂O₂在碱性溶液中的循环伏安曲线
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢