直接甲酸燃料电池中甲酸直接氧化途径的动力学研究.docx

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1、直接甲酸燃料电池中甲酸直接氧化途径的动力学研究张仲华,刘长鹏，陆天虹，邢巍*中国科学院长春应用化学研究所，中国科学院研究生院，130022,长春关键词：甲酸；常规脉冲伏安法；动力学TheKneticStudyoftheDirectPathwayofFormicAcidOxidationinDirectFormicAcidFueICe11sZhonghUaZhang,Changpeng1iu,Tianhong1u,WeiXing*ChangchunInstituteofApp1iedChemistry,ChineseAcademyofScience,GraduateSchoo1oftheChin

2、eseAcademyofSciences,130022,Changchun,ChinaInthispaper,thedirectpathwayofformicacidoxidationwasstudiedonarotatingp1atinume1ectrodethroughnorma1pu1sevo1tammetry.Itisfoundtheapparentdiffusioncoefficientisabout1011cm2s1ordersofmagnitudeanditinitia11yincreasesappreciab1yandthendecreasesmarked1ywiththein

3、creaseofHCOOHconcentrationfrom0.5Mto6.0M.Theva1ueoftransfercoefficient,a,is0.30+0.02.Thestandardrateconstantofformicacidisabout107cms1.Anditgradua11ydecreaseswiththeincreaseofHCOOHconcentrationbetween0.5Mand6.0M.最近几十年来,直接甲酸燃料电池开始复兴,并迅速发展起来.尽管甲酸的能量密度比甲醇的低，但是甲酸有着一些甲醇不可比拟的优点.首先，甲酸有着较高的开路电位(1.45V);其次,它有

4、较大的质子传输能力，较低的对铝基电催化剂的中毒性能；最后,由于Nafion膜的璜酸基阴离子和甲酸离解的甲酸盐阴离子之间的排斥作用使得甲酸的膜透过比甲醇的小很多.因此，甲酸的电氧化已经成为研究的焦点，人们正在用各种各样的电化学和光电化学技术对其进行表征和研究.另外，甲酸氧化这个异相电子转移反应的动力学的研究对我们理解甲酸氧化反应的本质并制备出更有效的电催化剂有着极其重要的指导意义.在本文中,我们采用常规脉冲伏安法研究了甲酸在旋转光滑多晶铝电极上的直接氧化途径的动力学.1.实验：在含有0.5M硫酸和不同浓度的甲酸溶液中,使用旋转光滑多晶铝电极作工作电极进行常规脉冲伏安实验.E-mai1：xingw

5、ei_.RT1175+Xx1/2krti/iE=E*+1nx()i2其中X=(1)a%F1%JOJcouRT(ArK&InI-I-anF3ADIVAZaPPa7厂、_FACDIIdZcotz/7TU1其中C=C*,=(。/(1U产3.结论：从图1和方程中我们得到了以下结论：(1)在甲酸直接氧化过程中其表观扩散系数处于1(%m2SV数量级,并且在甲酸浓度从0.5M逐渐增加到6.OM过程中，表观扩散系数先稍微增加然后迅速下降,这与甲醇的有所不同,可能与PH有关，因为甲酸是一种弱酸,而甲醇是中性的.(2)甲酸直接氧化反应的速控步的传递系数Q是0.300.02.(3)甲酸直接氧化反应的速控步的标准速率

6、常数处于I(TCmST数量级，比甲醇多两个数量级，并且在甲酸浓度从0.5M逐渐增加到6.OM过程中，标准速率常数一直呈减小趋势.参考文献：1 Xu,W.;1u,T.;1iu,C.;XingW.J.Phys.Chem.B2005,109,7872.2 1u,G.Q.;Crown,A.;Wieckowski,A.J.Phys.Chem.B1999,103,9700.3 Wang,X.;Hu,J.M.;Hsing,J.M.J.E1ectroana1.Chem.2004,562,73.4 Oyama,N.;Ohsaka,T.;Kaneko,M.;Sato,K.;Matsumoto,H.J.Am.Chem.Soc.1983,105,6003.