Pt电极上CO2水解析氢反应的循环伏安研究：新发现与应用

本文主要探讨了2012年的一项研究，针对CO2水溶液在Pt电极上的氢气析出反应进行了深入的循环伏安法分析。该研究发现，与单纯的氢气析出反应相比，当CO2-H2O体系与Pt电极相互作用时，还原峰电位呈现出负向偏移，具体数值为-0.5V。这一结果表明了CO2的存在对氢气析出过程的影响及其可能的催化效应。 研究者通过细致的实验计算，得到了在pH值约为4的环境下，CO2的扩散系数DCO2为3.02×10^-10 m^2/s，而H+的扩散系数DH+为4.93×10^-9 m^2/s。这些系数对于理解反应过程中离子的迁移行为至关重要。此外，他们还确定了电极表面的反应层厚度μ，其值等于根号下DH+/kbC0HCO3，这里kb是玻尔兹曼常数，C0HCO3代表碳酸氢根离子的浓度。 更为深入的是，文中给出了H+在电极表面的浓度分布函数cH+，即cH+=c0H+ + [1-exp{-x√kbc0HCO3/DH+}]，这个函数揭示了H+在不同深度的分布状态，这对于理解和优化电解过程中的H+利用效率具有重要意义。 这项研究不仅提供了关于CO2水溶液中氢气析出反应的重要实验数据，而且为基于电流法测定CO2气体浓度的方法奠定了理论基础。这对于开发新型的环境友好型能源转化技术，如碳捕获和利用(CCS)以及电解水制氢等领域具有重要的实际应用价值。通过这样的研究，科研人员能够更好地控制和优化这些反应条件，以提高能源转换效率和减少环境污染。