《電催化限域效應研究》是依託武漢大學，由肖麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電催化限域效應研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：肖麗
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
限域效應是指由於反應區域具有相對封閉的結構導致局部電子云異常分布和分子運動受限，從而對某些催化反應產生促進作用的現象。在電催化研究中，雖然有些現象看起來與限域效應有關，但目前尚無論述和運用電催化限域效應的文獻報導。本項目擬以磁控濺射?去合金化?退火的方法構建具有納米腔孔的模型電極，通過可控地調節電極中的空隙體積分數這一結構因子，對電催化限域效應進行準確指認、系統考察和定量評估。基於我們前期研究對限域效應有助於C-C鍵斷裂的判斷，本項目除考察典型的燃料電池反應，將重點研究乙醇等C2分子的電氧化反應；還將探索通過限域效應提升非鉑催化劑性能的途徑。對於具有明顯限域效應的電催化體系，將通過差分電化學質譜與原位紅外光譜方法研究其分子機理；通過密度泛函理論計算探討其物理本質。本研究具有基礎的科學意義，也有實際的套用價值，有望獲得提升燃料電池催化劑性能的新途徑，指導電化學器件的電極結構設計。
結題摘要
限域效應（confinement effects）是近年來多相催化領域出現的一個新名詞，雖尚無統一定義且具體表現形式多樣，其共性特徵可表述為由於反應區域的相對封閉性引起的異常催化現象。 本項目提出通過構建模型電極指認和評估電催化中的限域效應，並將之套用到實際的催化劑與電極的結構設計中，開拓促進C-C鍵斷裂等重要電催化過程的新途徑。 項目實施三年，基本達到預期研究目標，獲得了以下認識： （1）發展磁控濺射法為製備金屬平面電極的一種高效、可控的研究手段。 通過本項目的探索，我們發現使用磁控濺射法製備平面模型電極同旋轉圓盤電極、普通圓盤電極研究一樣，有望成為金屬催化研究的一種固定研究方法。此方法不僅可用於燃料電池醇氧化研究，亦可用於氫氧燃料電池催化劑研究，同時也可以用來研究其它涉及到電催化的電池材料研究中，例如鋰空氣電池氧電極催化劑研究。 （2）克服了鹼性條件下醇氧化產物的檢測難題。 一般認為，有機小分子的電氧化反應在鹼性條件下較酸性具有更快的反應速率，能量轉化效率更高，但卻鮮有鹼性條件下醇氧化相關機理的研究報導，原因是鹼性條件下產物CO2會與鹼反應生成難以揮發的CO32-及小分子鹽，難以使用DEMS等譜學方法進行檢測。本項目的研究中突破常規研究思路，使用蠕動泵及酸鹼中和法，將全反射紅外IR及DEMS成功套用於鹼性體系醇氧化研究，填補了相關研究的空白。 （3）設計惰性Si與金屬共濺射實驗，擴寬電催化材料研究思路。 本項目最初設計為使用金屬合金共濺射法製備二元金屬合金，通過溶解犧牲合金中的一種組分達到調節一種金屬組分結構的目的。但實際研究發現此構想僅適用於部分金屬（例如Au），而並不適用於元素周期表中的大部分金屬。據此，我們及時調整研究方案，將惰性Si引入濺射組分中，獲得金屬Si的混合物。研究結果此材料不僅具備更加優良的醇氧化活性，還具備特殊的物理性質。研究發現製備的Pd3Si材料具備金屬玻璃的性質，可能具有其它材料套用前景。
