PtRuC催化剂电氧化甲醇的交流阻抗研究.docx

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1、PtRu/C催化剂电氧化甲醇的交流阻抗研究董海雯I严灿2,季孟波2,潘英俊）魏子栋2G重庆大学光电工程学院；2重庆大学化学化工学院，重庆400044）甲醇已成为直接甲醇燃料电池的最常用燃料，但由于CO处中毒问题大大降低了甲醵电氧化能量转化的效率，目前PtRU/C是最常用的甲醛电氧化催化剂，但是效果不理想，其催化活性有待进一步提高，同时，人们对于甲醇在PtRU/C催化剂表面的电氧化动力学尚未完全认识。本文利用电化学阻抗谱（EIS）研究了不用浓度和不同电位下催化剂PtRU/C对甲醇电氧化的催化作用，初步探讨了甲醇在PtRu/C上的氧化机理。1 .实验电极制作：按PtRU:C:nafion=12:1

2、8:11的质量比（其中Pt:RU=I:1）称取各种电极物质，用异丙醇分散均匀。将分散好的混合液均匀地涂在已进行了憎水处理的碳纸上，放入烘箱在145下烘干，电极的工作面积为1.5cm2,PtRu的担载量为1.8mg.cmJo电极测试：本实验的测试采用三电极体系，以制备的PtRu/C电极为工作电极，Ag/AgC1电极为参比电极，伯丝为对电极。交流阻抗测试选用荷兰EcoChemie公司的Auto1ab电化学综合测试仪。2 .实验结果及分析本文中交流阻抗测试的频率范围均为10kHz10mHz,交流信号的振幅均为10mVo2.1 甲醇浓度对甲醇氧化E1S的影响图1是在0.47V（vs.Ag/AgC1,下

3、同）下，不同浓度的甲醇在PtRU/C催化剂上氧化的NyqUiSt图，电解液中H2SO的浓度均为0.5mo1/1。实验结果显示：随着甲醇浓度的增加，半圆半径减小，甲醇氧化的阻力减小，说明甲醵在PtRU/C催化剂上电催化氧化的速率及机理跟甲醇的浓度有关。浓度的提高加速了质子传导，从而降低了甲醇电氧化的阻力。同时，2 .2电位对甲醇氧化EIS的影响图2是不同电位下甲醇氧化的Nyquist图，电解液的组成为1.5mo1/1CH3OH0.5mo1/1H2SO1o实验结果显示：随着电位的增加，阻抗谱图呈现出半圆形状，半圆直径都是随着电位的增加而减小，意味着甲醇氧化的阻力减小。据资料显示，高电位下C(1S的

4、脱除是甲醇在PtRu/C催化剂上氧化的速率控制步骤,随着电位的增加，甲醇氧化的中间反应物的吸附率减少，从而加速了电子传递，减小了甲醇氧化的阻力。同时随着电位的升高，在第四象限出现了明显的感抗弧。是由于C(U覆盖率随电位的升高而改变引起Z,Zohm图2不同电位下甲醛氧化的交流阻抗图电解液为1.5mo1/1CH3OH+0.5mo1/1H2SO42.3甲醇氧化机理的分析据资料显示，低电位下，甲醇氧化的速率控制步骤为甲醇的脱氢反应，在高电位下,甲醇氧化的速控步骤为甲醇氧化中间物C(U的进一步氧化。在高甲醵浓度和高电位时出现的感抗现象被认为是由于Co晶覆盖率的变化，导致建立新的平衡需要一定的时间，从而电

5、流落后于电位的变化所致，也即是COadS的表面覆盖率对电势的响应而引起的弛豫过程。3 .结论甲醇的浓度和氧化电位对PtRU/C电极上甲醇氧化的速率有影响。甲醇浓度越高，甲醇氧化的阻力越小，甲醇氧化的电位越高，甲醇氧化的阻力越小。甲醇在PtRu/C电极上的氧化，低电位时，甲醇脱去第一个氢是速率的控制步骤，高电位时，速率控制步骤为C(U；的进一步氧化。高浓度和高电位下，甲醇氧化的中间物CO汕覆盖率的驰豫过程导致了阻抗图在第四象限出现了感抗弧。参考文献：1 GangWu,1i1i,Bo-QingXu.E1ectrochimicaActa,50(2004):1-10.2 JensTmu11er,PeterMUrban.Wo1fgangFHo1derich.J.PowerSources,1999,84:157-160.1武刚，李莉,徐柏庆.高等学校化学学报，2005(4)Vo126.No4.715-718.