专利名称：不饱和有机酸和醇电化学加氢与电能共生特性测试方法
技术领域：
本发明涉及一种不饱和有机酸和醇电化学加氢与电能共生特性测试方法，以电化学循环伏安法，测试在质子交换膜燃料电池反应器中水溶性不饱和有机酸和醇进行电化学加氢与电能共生的电化学还原特性。属于电化学工程技术领域。
背景技术：
燃料电池是一种通过电极催化反应过程将化学能直接转化为电能的电化学反应装置，其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)在电动汽车、小型移动电源上已展现出良好应用前景。目前，人们在促进PEMFC商业化的同时，也在考虑PEMFC在更广泛领域中的应用，利用质子交换膜燃料电池作为合成反应器是其应用方向之一。利用燃料电池反应器不仅能够生成化学品，同时产生电能，还可以通过控制外电路负载方便地控制反应进程，污染小，符合环境友好化学工艺研究的方向，更重要的是，它能够发电，资源利用率高。
利用质子交换膜燃料电池，Kiyoshi Otsuka等研究了过氧化氢的一步合成(Kiyoshi Otsuka，Ichiro Yamanaka.One step synthesis of hydrogen peroxidethrough fuel cell reaction，Electrochimica Acta，1990，35(2)319-322)，在合成过氧化氢的过程中得到了4-12mA/cm2的电流密度。在同样的装置中，Kiyoshi Otsuka等人还研究了苯的一步氧化。袁晓姿等人也利用质子交换膜燃料电池研究了硝基苯(Yuan Xiao-Zi，Ma Zi-Feng，Jiang Qi-Zhong et al，Cogeneration ofcyclohexylamine and electrical power using PEM fuel cell reactor，ElectrochemistryCommunications，2001，3(11)599-602)和丙烯醇(Yuan Xiao-Zi，He Qing-Gang，Ma Zi-Feng et al，Electro-generative hydrogenation of allyl alcohol applying PEMfuel cell reactor，Electrochemistry Communications，2003，5(2)189-193)以及不饱和有机酸和醇的电化学加氢与电能共生反应，在合成加氢产物的同时，得到了一定的的电流。
目前，评价质子交换膜燃料电池中物质的加氢反应活性主要是通过电池反应，测定物质在燃料电池中反应的开路电压和电池工作曲线，即电流密度-电压曲线。测定的结果依赖于多种因素，如电极的涂刷、膜电极的压合、燃料电池的组装、电池的密封以及反应条件的控制等。一方面，由于膜电极中的阴阳极催化剂均采用贵金属，通常为Pt/C催化剂，质子交换膜采用Nafion全氟磺酸膜，通过燃料电池工作曲线来测定加氢活性的成本较高，而且电极制备过程较复杂。另一方面，由于测定结果受多种因素控制，电池工作曲线的重复性不好，使得结果的可靠性并不令人满意。

发明内容
本发明的目的在于提供一种不饱和有机酸和醇电化学加氢与电能共生特性测试方法，解决现有测试方法成本高，耗时长，实验结果不可靠性的问题，同时为质子交换膜燃料电池在电化学加氢方面的更广泛应用提供有效的研究方法。
为达到这样的目的，本发明利用典型的电化学三电极体系测定不同水溶性不饱和有机酸和醇在1mol/L硫酸中的电化学循环伏安曲线。在循环伏安测定中，以光滑铂电极为研究电极，铂丝为对电极，可逆氢电极为参比电极，以0.01mol/L的有机酸和醇的硫酸溶液为电解液，通过恒电位仪设定给定电压，在0V～1.5V扫描电位范围内，测定0.01mol/L的有机酸和醇的硫酸溶液的循环伏安曲线，根据出现还原电流的电位值来考察不同水溶性有机酸和醇的电化学还原特性。
本发明的具体步骤如下(1)将电解池仔细洗净后在沸水中(超纯蒸馏水)煮至少1小时。
(2)以1mol/L H2SO4溶液为电解质，配置0.01mol/L的水溶性有机酸和醇溶液，溶液均用超纯蒸馏水配置(＞17MΩ)。
(3)以光滑铂电极为研究电极，铂丝为对电极，可逆氢电极为参比电极，将研究电极、对电极和参比电极用体积比为1∶1的过氧化氢和浓硫酸的混合溶液进行处理，以除去表面杂质，并将可逆氢电极活化。
(4)将溶液及电极放入电解池，并将电极与恒电位仪接好。
(5)为消除氧气对反应电流的影响，在测试之前用氮气对电解池中的溶液进行吹扫，时间约为半小时。
(6)测试在室温以及氮气氛下进行。设定循环伏安扫描电压范围为0V～1.5V，扫描速度为50mV/s。测定循环伏安曲线，取第五循环结果。
本发明操作简单，成本低，耗时短，实验结果的重复性高。本发明的实施为在质子交换膜燃料电池中的加氢与电能共生反应特性评价提供了一个简便而有效的方法，对质子交换膜燃料电池在电化学加氢方面的更广泛应用有重要意义。


图1为本发明实施例1的0.01mol/L丙烯醇在Pt电极上1mol/L H2SO4中的循环伏安图。
图2为本发明实施例2的0.01mol/L丙烯酸在Pt电极上1mol/L H2SO4中的循环伏安图。
图3为本发明实施例3的0.01mol/L巴豆酸在Pt电极上1mol/L H2SO4中的循环伏安图。
具体实施例方式以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1配置1mol/L H2SO4溶液，并用1mol/L H2SO4配置0.01mol/L的丙烯醇溶液，溶液均用超纯蒸馏水配置(＞17MΩ)。将研究电极(4mm，99.95％，EG&G)、对电极(99.95％)和参比电极(可逆氢电极RHE)用过氧化氢和浓硫酸的混合溶液(体积比1∶1)处理，以除去表面杂质，并将可逆氢电极活化。将溶液及电极放入电解池，并将电极与恒电位仪(EG&G，Model 263 A)接好后通入氮气。设置循环伏安扫描程序，设定给定电压扫描范围为0V～1.5V，扫描速度为50mV/s。测定循环伏安曲线，取第五循环结果，结果如图1所示，在电位约100mV左右开始出现的还原电流为丙烯醇的还原，此正电位即为燃料电池中加氢反应的驱动力。
实施例2配置1mol/L H2SO4溶液，并用1mol/L H2SO4配置0.01mol/L的丙烯酸溶液，溶液均用超纯蒸馏水配置(＞17MΩ)。将研究电极(4mm，99.95％，EG&G)、对电极(99.95％)和参比电极(可逆氢电极RHE)用过氧化氢和浓硫酸的混合溶液(体积比1∶1)处理，以除去表面杂质，并将可逆氢电极活化。将溶液及电极放入电解池，并将电极与恒电位仪(EG&G，Model 263 A)接好后通入氮气。设置循环伏安扫描程序，设定给定电压扫描范围为0V～1.5V，扫描速度为50mV/s。测定循环伏安曲线，取第五循环结果，结果如图2所示，在电位约80mV左右开始出现的还原电流为丙烯酸的还原，此正电位即为燃料电池中加氢反应的驱动力。
实施例3配置1mol/L H2SO4溶液，并用1mol/L H2SO4配置0.01mol/L的巴豆酸溶液，溶液均用超纯蒸馏水配置(＞17MΩ)。将研究电极(4mm，99.95％，EG&G)、对电极(99.95％)和参比电极(可逆氢电极RHE)用过氧化氢和浓硫酸的混合溶液(体积比1∶1)处理，以除去表面杂质，并将可逆氢电极活化。将溶液及电极放入电解池，并将电极与恒电位仪(EG&G，Model 263 A)接好后通入氮气。设置循环伏安扫描程序，设定给定电压扫描范围为0V～1.5V，扫描速度为50mV/s。测定循环伏安曲线，取第五循环结果，结果如图3所示，在电位约50mV左右开始出现的还原电流为巴豆酸的还原，此正电位即为燃料电池中加氢反应的驱动力。
权利要求
1.一种不饱和有机酸和醇电化学加氢与电能共生特性测试方法，其特征在于包括如下具体步骤1)以1mol/L H2SO4溶液为电解质，用超纯蒸馏水配置浓度为0.01mol/L的水溶性有机酸和醇溶液；2)以光滑铂电极为研究电极，铂丝为对电极，可逆氢电极为参比电极，将三电极用体积比为1∶1的过氧化氢和浓硫酸的混合溶液进行处理，除去表面杂质并将可逆氢电极活化；3)将溶液及电极放入电解池，并将电极与恒电位仪接好；4)测试在室温以及氮气氛下进行，设定循环伏安扫描电压范围为0V～1.5V，扫描速度为50mV/s，测定循环伏安曲线，取第五循环结果。
全文摘要
一种不饱和有机酸和醇电化学加氢与电能共生特性测试方法，利用典型三电极系统的电化学循环伏安法，测试在质子交换膜燃料电池反应器中水溶性不饱和有机酸和醇电化学加氢与电能共生的特性。以0.01mol/L的有机酸和醇的硫酸溶液为电解液，以光滑铂电极为研究电极，铂丝为对电极，可逆氢电极为参比电极，在0V～1.5V扫描电位范围内，测定0.01mol/L的有机酸和醇的硫酸溶液的循环伏安曲线，根据出现还原电流的电位值来考察不同水溶性有机酸和醇的电化学还原特性。本发明操作简单，成本低，耗时短，实验结果的重复性高，对质子交换膜燃料电池在电化学加氢方面的更广泛应用有重要意义。
文档编号G01N27/403GK1544930SQ20031010889
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者袁晓姿, 马紫峰 申请人:上海交通大学