K系和Na系常规碱溶液中氧气的电化学还原（ORR）机理研究 ——九月份工汇报 报告人:彭中

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1 K系和Na系常规碱溶液中氧气的电化学还原（ORR）机理研究 ——九月份工汇报 报告人:彭中

2 报告内容 实验部分 实验结果及分析部分 1.碱性条件下ORR 2.碱浓度对ORR的影响 3.碱金属阳离子对ORR的影响 后期工作计划

3 实验过程 1、本次实验所使用的主要试剂和仪器有：NaOH（分析纯）、KOH（分析纯）、Pt丝电极（工作电极）、Pt片电极（对电极）、饱和甘汞汞电极、超纯水、试验用的高纯N2和O2、电化学工作站、恒温水浴、分析天平。 电化学工作站 实验装置图 2、实验内容 首先配制碱溶液并通入O2或N215-20min，恒温在30oC。WE和CE的处理是先用高纯水超声3-5min然后用无水乙醇和高纯水淋洗。最后连接实验装置，在100mV/S和 V条件下进行实验。

4 图1. Pt电极在NaOH溶液（N2）的循环伏安图（a）0.5M;（b）8M，303k，100mV/s
实验结果及分析部分 3.1碱性条件ORR Pt电极在碱性溶液中的背景反应 图1. Pt电极在NaOH溶液（N2）的循环伏安图（a）0.5M;（b）8M，303k，100mV/s PtO+H2O+2e Pt+2OH-

5 图2. 0.5 MNaOH溶液中Pt电极上CV图，300K，100mV/s
实验结果及分析部分 当向溶液中通入O2后 图 MNaOH溶液中Pt电极上CV图，300K，100mV/s 由于O2的通入，CV图整体负移，但在-0.37V处较其他地方明显大，此处即为O2还原发生处。其对应的氧化峰出现在-0.12V,且非常弱，故此反应为一个准可逆反应。 对应的氧化峰 O2还原

6 图3. 不同浓度NaOH溶液中Pt电极上ORR的CV图，（a）0.1M（b）1M（c）2M（d）4M
实验结果及分析部分 碱浓度对ORR的影响 图3. 不同浓度NaOH溶液中Pt电极上ORR的CV图，（a）0.1M（b）1M（c）2M（d）4M 现象：峰电流随着浓度的增大而迅速减小。 结论：说明碱浓度对ORR动力学有很大的影响（Co2，Do2, η） 现象：峰电位随着浓度增大而逐渐负移。 结论：说明碱浓度对反应热力学也有影响，浓度越大反应越难发生。

7 实验结果及分析部分 动力学影响 NaOH浓度的增加导致O2溶解度、粘度和扩散系数的改变
30℃O2在NaOH溶液中的溶解度图 NaOH溶液浓度 ，O2溶解度 、η增加、Do2降低。这三个原因导致ORR动力学受到抑制。

8 实验结果及分析部分 热力学影响 现象：峰电势有0.1M的-0.351V负移到10M的-0.431V。 ORR峰电势与浓度的关系曲线
（2） 高碱条件 分析：低碱条件下发生连续的2电子反应；高碱条件下发生单电子转移反应。随着见浓度增加，（1）的正向受到抑制，使得反应（2）占优。故介质浓度对ORR热力学有一定的影响。

9 实验结果及分析部分 碱金属阳离子对ORR的影响
通过对KOH溶液的系列浓度中Pt电极上ORR循环伏安实验的研究得出了与NaOH溶液相同的规律。但两者之间也有也一定的差异。其主要表现为： 1M不同碱溶液中Pt电极上ORR的CV图，300K，100mV/s 差异：相同浓度下，KOH溶液中ORR峰电势为 V，NaOH溶液中为 V；而峰电流则相差更明显，钾系为600uA，钠系为477uA。显然，无论是热力学还是动力学KOH体系都有利于ORR发生。

10 实验结果及分析部分 两者的差异主要是因为K+比Na+半径大，表面电荷密度低，水合作用弱，相应的盐析效应小，所以O2在KOH溶液中溶解度大。此外，相同浓度下KOH溶液的粘度较NaOH溶液小，氧气的扩散系数则较大。

11 后期工作计划 1.改变反应条件 2.改善反应装置 增加电化学池的密闭性和耐压性，提高O2的溶解度，放大测量信号。 增加浓度 提高温度
更接近亚熔盐

12 谢谢大家！