聚卟啉修飾電極的制備及其在堿性介質(zhì)中催化氧還原性能研究.pdf

1、隨著石油資源的匱乏，汽車尾氣排放與日俱增，環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，高利用率以及可持續(xù)性綠色能源的開(kāi)發(fā)迫在眉睫！燃料電池(Fuel Cell)是一種直接將燃料與氧化劑反應(yīng)所產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，具有高效無(wú)污染、燃料易得、儲(chǔ)存和攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)而受到人們的廣泛關(guān)注。目前燃料電池常用的陰極材料鉑(Pt)因其價(jià)格昂貴和易被一氧化碳(CO)毒化而限制了它的應(yīng)用。人們迫切希望尋找一種新型材料以期取代Pt。大量研究發(fā)現(xiàn)金屬卟啉配合物不僅具有高度對(duì)

2、稱的平面共軛結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的穩(wěn)定性，而且在酸性或者堿性介質(zhì)中都對(duì)氧氣表現(xiàn)出良好的催化還原活性，所以對(duì)金屬卟啉配合物在燃料電池領(lǐng)域的研究越來(lái)越深入。
　　本文主要研究了聚卟啉修飾電極的制備，以及修飾電極在堿性介質(zhì)中催化氧氣還原的性能。首先以Alder法合成了四苯基卟啉(TPP)、四苯基鈷卟啉(CoTPP)、四苯基鐵卟啉(FeTPPCl)、四苯基錳卟啉(MnTPPCl)、四苯基鎳卟啉(NiTPP)，并用紫外可見(jiàn)(Uv-vis)光譜法對(duì)這五

3、種物質(zhì)進(jìn)行表征，另外采用循環(huán)伏安(CV)方法研究了這五種物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明所合成的產(chǎn)物均為目標(biāo)產(chǎn)物。
　　采用CV法電化學(xué)聚合金屬卟啉制得聚卟啉修飾電極，并在氧氣飽和的1mol/L的NaOH溶液中測(cè)試其對(duì)氧氣還原的催化性能，其中以pCoTPP催化氧氣還原的性能最好；Uv-vis光譜結(jié)果表明電極表面形成的膜為對(duì)應(yīng)金屬卟啉電化學(xué)聚合后生成的聚卟啉薄膜，與金屬卟啉單體相比，電化學(xué)聚合后形成的聚合物Soret帶發(fā)生紅移、吸收峰變寬

4、。
　　對(duì)pCoTPP修飾電極催化氧氣還原的伏安特性、電子轉(zhuǎn)移數(shù)和pH值等影響因素進(jìn)行詳細(xì)的研究。掃描電子顯微鏡(SEM)顯示CV法電化學(xué)聚合CoTPP在導(dǎo)電玻璃ITO表面形成了具有二維片狀結(jié)構(gòu)的聚合物pCoTPP；掃描速度的改變對(duì)氧氣還原峰電流影響的研究表明pCoTPP修飾電極對(duì)氧氣的催化還原過(guò)程是受分子氧擴(kuò)散的過(guò)程；在堿性介質(zhì)中隨著pH值的增加，氧還原電位越負(fù)，pH值與氧還原電位呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系；旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極(RDE)測(cè)試