电化学（中英文）

中温固体氧化物燃料电池优势和挑战的简要评述

蒋三平

2012, 18(6): 479-495. doi:10.61558/2993-074X.2617

摘要 ( 4239 )

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燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的电化学发电装置. 在各种类型的燃料电池中，固体氧化物燃料电池（SOFC）在600~800 ^oC的中温区运行，因此与质子交换膜燃料电池等低温燃料电池相比，它的燃料选择范围更广，具有更广泛的应用前景. 然而，SOFC的商业应用面临着两大挑战：成本和稳定性. 这两种挑战与阳极、阴极、电解质、连接体和密封材料等组件的加工、制备、性能、化学和微结构稳定性密切相关. 电池堆的导管连接材料也需要经过仔细地筛选，以最大限度地降低有毒害的挥发性成分，从而确保电池结构的稳定和完整. 本文旨在简要评述SOFC的材料和组分的研究现状，并提出展望. 本文也对新一代SOFC技术面临的机遇和挑战进行了探讨.

三元合金氧还原电催化剂

罗瑾, 杨乐夫, 陈秉辉, 钟传建

2012, 18(6): 496-507. doi:10.61558/2993-074X.2618

摘要 ( 3469 )

PDF (3507KB) ( 2005 )

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质子交换膜燃料电池作为重要的电化学能源转换装置，在提高能量转换效率、减少环境污染等方面具有诱人的前景.然而，阴极氧还原过电位较大、活性较低、稳定性差，且铂基催化剂昂贵，使该燃料电池难以商业化.纳米结构电催化剂的发展有望解决此难题。对纳米合金电催化剂其组分和结构的设计是开发高活性、高稳定性和低成本的燃料电池电催化剂的重要因素.本文综述了近期由分子设计和热化学控制处理法制备的三元纳米合金电催化剂对燃料电池氧还原反应催化性能的最新进展.该方法可控制纳米合金的尺寸、组成以及二元和三元纳米催化剂的合金化程度.以高活性的三元纳米合金催化剂PtNiCo/C为例，综述了在设计燃料电池电催化剂时结构和组成的纳米级调优的重要性.PtNiCo/C电催化剂的质量比活性远高于其二元合金催化剂和Pt/C商业电催化剂.三元电催化剂的催化活性可通过控制其组成来调节.文章还讨论了三元纳米合金催化剂的结构及其协同效应对增强其电催化性能的影响.

碳纳米粒子支撑的钯纳米催化剂在甲酸氧化中的电催化活性

黄洁, 周志有, 宋洋, 康雄武, 刘珂, 周万城, 陈少伟

2012, 18(6): 508-514. doi:10.61558/2993-074X.2619

摘要 ( 3187 )

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采用化学还原法制备了碳纳米粒子支撑的钯纳米结构(Pd-CNP). 透射电镜表征显示在Pd-CNP纳米复合物中，金属Pd呈菜花状结构，粒径约20~30 nm。它们由许多更小的Pd纳米粒子（3~8 nm）组成. 电化学研究表明，虽然Pd-CNP的电化学活性面积比商业Pd黑低40%（可能原因是部分Pd表面被一层碳纳米粒子覆盖），但其对甲酸氧化却表现出更好的电催化活性：质量比活性和面积比活性都比Pd黑高几倍. 催化活性增强的原因可能是碳纳米粒子支撑的Pd纳米结构具有特殊的层次化结构，可以形成更多的活性位，以及表面位更利于反应进行.

Pd/Ni异结构纳米催化剂的制备及其对甲酸氧化的电催化

任明军, 邹亮亮, 陈举, 袁婷, 黄庆红, 张海峰, 杨辉, 封松林

2012, 18(6): 515-520. doi:10.61558/2993-074X.2620

摘要 ( 2832 )

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通过两步还原法制备了Pd/Ni双金属催化剂.由于金属Pd原子在先行还原的Ni纳米粒子表面的外延生长以及其在Ni表面及Pd表面生长表现出的吉布斯自由能差异，最终导致了异结构Pd/Ni纳米粒子的形成.高分辨电子透射显微镜结果证实了异结构的存在，然而X射线衍射测量表明Pd/Ni纳米粒子具有类似于Pd的面心立方结构.制备的Pd/Ni纳米粒子与同等条件下合成的Pd纳米粒子相比对甲酸氧化呈现了更高的电催化活性，而且电催化稳定性也要明显优于纯Pd纳米粒子，证明Pd/Ni双金属催化剂是可选的直接甲酸燃料电池阳极催化剂.双金属催化剂对甲酸氧化电催化活性和稳定性增强可能是Ni原子的修饰改变了Pd粒子表面配位不饱和原子的电子结构所致.

一氧化碳在硫修饰铂电极上的吸附与电氧化研究

Mathew A. Mattox, Matthew W. Henney, Adam Johnson, Shouzhong Zou

2012, 18(6): 521-536. doi:10.61558/2993-074X.2621

摘要 ( 3152 )

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吸附硫通常被认为是表面化学反应毒物. 然而，少量的硫能够增强铂的一氧化碳（CO）电氧化活性。本文利用常规电化学手段及表面增强拉曼光谱研究了CO在硫修饰的铂表面的电氧化. 对于溶液中的CO，其在硫修饰铂电极上的起始氧化电位最多可以比非修饰电极负移超过300 mV，而且在硫覆盖度低于0.6的条件下电位负移量随覆盖度增加而增大. 这一电催化活性的增强也受溶液pH值的影响. 在低硫覆盖度（小于0.3）下，吸附态的CO电氧化峰值电位比非修饰铂电极负移约40 mV. 然而，在高硫覆盖度下，其峰值电位比非修饰铂电极正移近30 mV. 表面增强拉曼光谱显示共吸附硫使Pt-CO振动频率显著红移. 作者认为这些结果是由于吸附硫弱化Pt-CO键及阻化CO在铂表面的移动引起的.

木质素模型化合物在二氧化钛纳米管上光电氧化的动力学研究

Min Tian, Daniel Liba, Aicheng Chen

2012, 18(6): 537-547. doi:10.61558/2993-074X.2622

摘要 ( 2685 )

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本文用电化学方法制备了二氧化钛纳米管，并用扫描电子显微镜和X 衍射对其形貌及组成进行了表征. 进一步研究了木质素的两个模型化合物, 1-(3,4-dimethoxyphenoxy)-2-(2-methoxyphenoxy) -1,3-propanediol (DMP) and 3-hydroxy-1-(3,4-dimethoxyphenoxy)-2-(2-methoxyphenoxy)-1,3-propanone (HDM),在二氧化钛纳米管上的光电氧化. 在DMP的光电氧化过程中, 一个新的紫外吸收峰出现在波长304 nm处. 虽然中间体的形成速率随着浓度的增加而增加, 却随着温度的增加而减少. 尽管HDM 和DMP在结构上有很小的差别, 在氧化过程中DMP却呈现出很小的吸光度变化, 表明HDM 不易被光电氧化. 量子化学计算结果也表明，DMP更容易被氧化, 这个结果与光电氧化的结果相吻合.

钛双极片上网印导电聚合物——碳纳米管复合物及其在水型不对称超级电容器中的电化学性能

周晓航, 陈政

2012, 18(6): 548-565. doi:10.61558/2993-074X.2623

摘要 ( 3673 )

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用导电聚合物（聚吡硌、聚苯胺）与碳纳米管（经酸处理）复合物（ECP-CNT）以及功能添加剂（表面活性剂：苄索氯铵 benzethonium chloride，粘结剂：聚乙烯醇 polyvinyl alcohol）配成水型印泥（aqueous ink)，在钛片（厚度：0.1 mm）上网印（screen printing）成所需载量及面积（例如：75 mg cm^-2，100 cm²）的均匀的ECP-CNT膜. 以该膜为正极，网印活性炭（pigment black）膜为负极，3.0 mol L^-1 KCl 或 1.0 mol L^-1 HCl 为电解质，组装不对称超级电容器. 用循环伏安、恒电流充放电、电化学阻抗、光及电显微等方法研究了ECP-CNT复合物、网印膜、单池以及由双极片（bipolar plate）连接的多池堆（multi-cell stack）. 以两片印刷面积为100 cm² 的钛双极片组装成三池堆，得到较好的技术指标：堆电压3.0 V，电极电容1.29~1.83 F cm^-2，比能量2.30~3.24 Wh kg^-1，最大比功率1.04 kW kg^-1.

《电化学》2012年第18卷总目次

2012, 18(6): 566-573.

摘要 ( 1394 )

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