移動(dòng)端
直播推薦
回放
回放
企業(yè)動(dòng)態(tài)
- 北京華測(cè)試驗(yàn)儀器有限公司配合某檢測(cè)機(jī)構(gòu)搭建的絕緣材料實(shí)驗(yàn)室
- 生態(tài)環(huán)境局項(xiàng)目案例：便攜式多參數(shù)水質(zhì)測(cè)定儀的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)借鑒
- 【客戶案例】生態(tài)環(huán)境局的法寶 —— 便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀的生態(tài)價(jià)值
- 佳化化學(xué)（茂名）有限公司采購(gòu)佳航的卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀 JH-V3
- 吉林省力盛制藥有限公司采購(gòu)佳航的顯微熔點(diǎn)儀JHX-5Plus
- 山東金城醫(yī)藥有限公司采購(gòu)佳航的全自動(dòng)密度計(jì)Digipol-D50
- 祝賀2023年全國(guó)機(jī)械行業(yè)職業(yè)技能競(jìng)賽―“三豐杯” 在浙江杭州順利舉行
- 2023年河北省全省無(wú)損檢測(cè)技能比武暨能力對(duì)比 完滿收關(guān)
推薦展會(huì)
過(guò)氧化氫（H2O2）是一種廣泛用于漂白消毒、化學(xué)合成、廢水處理的綠色氧化劑，在能源和環(huán)境領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用前景。目前常采用綠色、低成本且對(duì)環(huán)境友好型的2電子氧氣陰極電還原反應(yīng)（2eORR）原位制備H2O2。但其存在動(dòng)力學(xué)遲緩、H2O2產(chǎn)率較低等問(wèn)題，其本質(zhì)原因在于電極/溶液界面電子轉(zhuǎn)移速率、電化學(xué)反應(yīng)速率和產(chǎn)物擴(kuò)散速率之間的時(shí)空不匹配性。脈沖電催化是一種可操作、高效的反應(yīng)調(diào)控技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電子傳輸?shù)木珳?zhǔn)控制，改善質(zhì)量傳遞，強(qiáng)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)并調(diào)節(jié)產(chǎn)物選擇性，目前已被應(yīng)用于析氫反應(yīng)（HER）、CO2還原反應(yīng)（CO2RR）、有機(jī)污染物陽(yáng)極氧化反應(yīng)及電沉積反應(yīng)。
為揭示脈沖電催化促進(jìn)ORR產(chǎn)H2O2的機(jī)制，哈爾濱工業(yè)大學(xué)高繼慧教授團(tuán)隊(duì)丁雅妮博士等人全面研究了脈沖參數(shù)對(duì)H2O2產(chǎn)量的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和DFT計(jì)算揭示了脈沖電催化強(qiáng)化2eORR的機(jī)理。通過(guò)對(duì)法拉第過(guò)程和非法拉第過(guò)程進(jìn)行解耦，首ci揭示了脈沖電催化中非法拉第過(guò)程對(duì)于2eORR反應(yīng)的重要作用，并探討了脈沖電位（Ec）、脈沖寬度（tc）和占空比（D）對(duì)H2O2生成的影響。結(jié)果表明，脈沖寬度及占空比能夠通過(guò)改變由雙電層（EDL）充放電產(chǎn)生的非法拉第電流來(lái)影響H2O2的產(chǎn)生，整體呈現(xiàn)“倒三角形”趨勢(shì)。DFT計(jì)算則證明了EDL電場(chǎng)強(qiáng)度的減小會(huì)導(dǎo)致碳基催化劑表面削弱對(duì)*OOH及*H的吸附，增強(qiáng)對(duì)*O2的吸附。*后從擴(kuò)散過(guò)程、非法拉第過(guò)程和電催化劑的動(dòng)態(tài)調(diào)控三個(gè)方面闡述了脈沖電催化促進(jìn)2eORR產(chǎn)生H2O2的機(jī)理，為脈沖電催化后續(xù)的大規(guī)模應(yīng)用提供了指導(dǎo)。
結(jié)果分析
圖1脈沖電位電催化反應(yīng)體系
圖2 脈沖電位對(duì)ORR反應(yīng)的影響
（a） 石墨氈的SEM圖像；（b） 不同掃描速率下的CV曲線；（c） 恒電勢(shì)（-0.8 V vs. AgCl）和脈沖電位（ta = tc =1 s，Ec = -0.8 V vs. Ag/AgCl，Er = 0 V vs. AgCl）下的ORR電流密度；（d）、（e）不同電位對(duì)H2O2產(chǎn)生和電流效率的影響（脈沖電勢(shì)ta = tc = 1s）；（f） 脈沖電位電催化和恒電位電催化（ta = tc = 1 s, Ec = -1.0 V vs. AgCl）下H2O2的生成速率。
圖3 脈沖寬度對(duì)ORR反應(yīng)的影響
（a）（b）不同tc對(duì)H2O2產(chǎn)量的影響（tr=tc, Ec= -0.8 V vs. Ag/AgCl）；（c） 不同tc下的ORR反應(yīng)電流密度；（d） 脈沖電位（tr=tc=100ms, Ec= -0.8 V vs. Ag/AgCl）下ORR反應(yīng)的法拉第電流密度和非法拉第電流密度；（e） tc對(duì)非法拉第電流密度的影響；f） 非法拉第電流密度與H2O2產(chǎn)量的相關(guān)性。
圖4 脈沖占空比對(duì)ORR的影響
（a-c） 不同脈沖占空比（D）對(duì)H2O2產(chǎn)率的影響（tr + tc = 2s, Ec = -0.8 V vs. Ag/AgCl）；（d）不同脈沖占空比下ORR電流密度（d）；（e）脈沖占空比對(duì)非法拉第電流密度的影響；（f）非法拉第電流密度與H2O2產(chǎn)生的相關(guān)性。
圖5 脈沖電位電催化促進(jìn)機(jī)理
（a）脈沖電催化中的tcathode and trest；（b）、（c） 恒電位電催化和脈沖電位電催化之間的反應(yīng)路徑存在差異；（d） EDL電場(chǎng)強(qiáng)度變化對(duì)ORR中間體吸附能的影響；（e） 具有固有缺陷的石墨烯的中間體（*H/*O2/*OOH）吸附模型。
在脈沖電催化體系中，額外的trest可以為O2、H+和H2O2的擴(kuò)散提供足夠的時(shí)間，在催化劑表面形成高O2濃度同時(shí)低H2O2濃度的場(chǎng)景，這種電極-電解液界面上的介電弛豫可以減少電解質(zhì)中質(zhì)量輸運(yùn)造成的損耗；此外在EDL的充電過(guò)程中，電子在電催化劑中會(huì)發(fā)生快速而大量的積累，從而顯著改變催化劑的活化能；在EDL放電過(guò)程中，雙電層電場(chǎng)強(qiáng)度的改變也會(huì)導(dǎo)致催化劑表面對(duì)一系列中間體的吸附能力發(fā)生變化。這種由電位瞬態(tài)變化而引發(fā)的非法拉第過(guò)程，包括電容性行為、電子聚集行為和EDL電場(chǎng)強(qiáng)度變化，能夠?qū)﹄姶呋瘎┑慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，都能夠進(jìn)一步影響ORR產(chǎn)物/反應(yīng)物在對(duì)流區(qū)的擴(kuò)散，更新擴(kuò)散層及雙電層中的離子濃度和物質(zhì)分布。
結(jié)論
本文提出利用脈沖電催化來(lái)實(shí)現(xiàn)2eORR產(chǎn)H2O2中反應(yīng)物吸附、電化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)物擴(kuò)散的協(xié)同和多尺度調(diào)控。通過(guò)施加脈沖寬度為1s、占空比為30%、脈沖電壓為-1.0 V v.s. Ag/AgCl的脈沖電位，成功地將H2O2的產(chǎn)量提高了138.12%。此外證實(shí)了脈沖電催化中非法拉第電流密度與H2O2產(chǎn)量之間存在典型的“倒三角”關(guān)系，整體以1.0 mA·cm-2為分界點(diǎn)。DFT計(jì)算結(jié)果則表明，雙電層的放電過(guò)程能有效促進(jìn)O2在催化劑表面的吸附并適度調(diào)節(jié)*OOH的吸附能。*后從物質(zhì)擴(kuò)散、EDL充電過(guò)程中的電子積聚過(guò)程，及EDL放電過(guò)程中ORR中間體的吸附三方面提出了脈沖電催化促進(jìn)2eORR產(chǎn)H2O2的機(jī)制。該研究為脈沖電位電催化促進(jìn)H2O2生成的2eORR機(jī)理提供了新的見(jiàn)解，從而為今后電化學(xué)反應(yīng)的精確控制和高效傳導(dǎo)提供指導(dǎo)。
高繼慧，哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授，教育部創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育指導(dǎo)委員會(huì)委員，獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng)；主持及組織完成國(guó)家科技部項(xiàng)目5項(xiàng)、自然科學(xué)基金項(xiàng)目10余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇，申請(qǐng)及授權(quán)國(guó)家發(fā)明**60余項(xiàng)。
周偉，哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院講師/碩導(dǎo)。立足儲(chǔ)能需求，致力于電催化能源轉(zhuǎn)化、電催化污染控制的基礎(chǔ)研究及技術(shù)研發(fā)。在J Mater Chem A, Chem Eng J, Electrochim Acta, Chemosphere, Adv Mater Interfaces, Sep Purif Technol, Electrochem Comm., Energy等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文40余篇，相關(guān)研究引用400余次。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金特別資助項(xiàng)目等多項(xiàng)科研項(xiàng)目。
丁雅妮，博士研究生，現(xiàn)就讀于哈爾濱工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院。主要研究方向?yàn)殡姶呋帢O還原反應(yīng)界面能質(zhì)傳遞調(diào)控、雜原子摻雜碳基電催化劑設(shè)計(jì)及（光）電催化高級(jí)氧化技術(shù)。以第一作者及共同作者于J Mater Chem A, Adv Mater Interfaces, Appl Catal B-environ, Chem Eng J, Electrochim Acta, Chemosphere等期刊上發(fā)表SCI論文10余篇。
文章信息
本文以“Pulsed Electrocatalysis Enables Efficient 2-electron Oxygen Reduction Reaction for H2O2 Production”為題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A上，哈爾濱工業(yè)大學(xué)丁雅妮博士為第一作者，哈爾濱工業(yè)大學(xué)周繼慧教授為通訊作者。
本研究采用的是北京卓立漢光儀器有限公司Finder Insight-Pro科研級(jí)小型拉曼光譜儀，如需了解該產(chǎn)品，歡迎咨詢。
北京卓立漢光儀器有限公司所發(fā)布內(nèi)容（含圖片）來(lái)源于原作者提供或原文授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章版權(quán)、數(shù)據(jù)及所述觀點(diǎn)歸原作者原出處所有，北京卓立漢光儀器有限公司發(fā)布及轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享。
如果您認(rèn)為本文存在侵權(quán)之處，請(qǐng)與我們聯(lián)系，會(huì)第一時(shí)間及時(shí)處理。我們力求數(shù)據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確，如有任何疑問(wèn)，敬請(qǐng)讀者不吝賜教。我們也熱忱歡迎您投稿并發(fā)表您的觀點(diǎn)和見(jiàn)解。
免責(zé)聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來(lái)源：儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來(lái)源：儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來(lái)源（非儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來(lái)源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
- 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問(wèn)題，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
浙公網(wǎng)安備 33010602002722號(hào)
第62屆中國(guó)高等教育博覽會(huì)
展會(huì)城市：重慶市展會(huì)時(shí)間：2024-11-15