一种基于感生电动势辅助提升电催化反应效率的方法及应用技术

本发明专利技术提供一种基于感生电动势辅助提升电催化反应效率的方法及应用，所述方法包括以下步骤：以催化电极为工作电极，在反应装置中进行催化反应，对所述催化电极施加大小可调的电势，对所述反应装置施加大小可调的外加交变磁场，通过调整所述外加交变磁场的参数

【技术实现步骤摘要】
一种基于感生电动势辅助提升电催化反应效率的方法及应用


[0001]本专利技术涉及催化反应技术
，具体而言，涉及一种基于感生电动势辅助提升电催化反应效率的方法及应用
。

技术介绍

[0002]随着人们对环境污染问题的日益关注，电催化技术得到了较大的发展，其在能源利用
、
燃料电池
、
化学反应领域等获得应用
。
目前对电催化技术的研究主要集中在催化剂设计或改性，由于催化剂仍存在反应动力学缓慢的问题，目前大多数研究聚焦于寻找构建新材料
、
增加原有催化剂的活性位点
、
提高催化剂的本征活性等
。
[0003]近年来，通过施加外场调控催化剂的结构或影响催化剂的催化性能逐渐成为新的研究热点，其中外加磁场辅助电催化技术正是近些年来新兴的一种外加场技术，受到大量关注
。
磁场对许多电化学反应都有积极的影响，现有技术一般通过施加恒定磁场的方式辅助电催化反应，但研究发现，这种方法主要是通场降低磁阻，引起麦克斯韦应力，改善磁动力学等方法，提高电子及催化反应中间体的传输性质，间接提高催化反应效率，其影响因素十分复杂，同时对于电催化反应效率的提升十分有限
。
[0004]根据电磁学理论，对于处于变化磁场中的闭合回路，感生电动势必然存在，这无疑将会对电催化系统产生重要作用
。
然而，这一普遍现象在电催化研究中却常常被忽视
。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是利用交变磁场在电催化系统中产生感应电动势，直接提升电催化反应效率
。
[0006]本专利技术提供一种基于感生电动势辅助提升电催化反应效率的方法，包括以下步骤：以催化电极为工作电极，在反应装置中进行催化反应，对所述催化电极施加大小可调的电势，对所述反应装置施加大小可调的外加交变磁场，通过调整所述外加交变磁场的参数
、
所述催化电极与所述外加交变磁场的相对位置和角度，从而调控催化反应性能
。
[0007]本专利技术原理如下：将催化电极置于交变磁场中，对催化电极施加大小可控的电势，使目标材料产生感应电动势，进而增加实际反应电位，提高点催化反应效率
。
本专利技术借助交变磁场使目标材料产生感应电动势，直接提升电催化反应效率，这种方式还能够通过调整目标电极与外加交变磁场的相对位置和角度，实现对感应电动势的调控，具有简单
、
高效的特点
。
[0008]进一步地，所述催化电极远离所述外加交变磁场的中心位置时，催化反应效率提高
。
催化电极远离外加交变磁场的中心位置时，能够增大回路面积，从而增大感应电动势，提高催化反应效率
。
[0009]进一步地，所述催化电极与对电极之间的夹角减小时，催化反应效率提高
。
催化电极与对电极之间的夹角减小时，能够增大回路面积，从而增大感应电动势，提高催化反应效率
。
[0010]进一步地，提高产生所述外加交变磁场的交流电压，催化反应效率提高
。
通过调控产生交变磁场的交流电压的大小，可以使外加交变磁场的磁场强度变化，交变磁场的磁场强度越大，感应电动势越大，相应催化反应效率越高
。
[0011]进一步地，提高产生所述交变磁场的交流电压的频率，催化反应效率提高
。
通过调控产生交变磁场的交流电压的频率，使外加交变磁场的频率变化，交变磁场频率越大，感应电动势越大，相应催化反应效率越高
。
[0012]进一步地，所述催化电极电导率提高，催化反应效率提高
。
催化电极电导率提高，能够增大感应电动势，从而提高催化反应效率
。
[0013]进一步地，通过循环伏安法或者计时电流法对所述催化电极施加恒定或者变化的电势
。
[0014]本专利技术还提供上述基于感生电动势辅助提升电催化反应效率的方法的应用，将该方法用于电
/
光解水产氢
、
燃料电池反应或碳一分子转化
。
本专利技术调控方法简单，高效
、
适用范围广，在催化领域具有广泛的应用前景
。
[0015]综上所述，相比于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0016]本专利技术通过施加交变磁场以提高电催化反应效率，其特点是通过对催化电极施加可控电势，可以在催化过程中使电极表面产生感应电动势，与原有电势叠加，增大实际反应电动势，该方法涉及的物理过程简单，不受电子传输及传质效率的影响，可以直接提高电极材料的催化性能，对催化活性的提高强于恒磁场
。
[0017]本专利技术基于感生电动势辅助提升电催化反应效率的方法能够通过调节催化电极相对于交变磁场的位置，改变回路大小，从而调控感应电动势的大小，进而调控催化效率，操作简单，调控效果好，适用范围广
。
附图说明
[0018]图1是本专利技术具体实施方式中基于感生电动势辅助提升电催化反应效率系统的示意图；
[0019]图2是本专利技术实施例1中反应体系的线性扫描曲线图；
[0020]图3是本专利技术实施例1中反应体系的奈奎斯特图；
[0021]图4是本专利技术实施例2中反应体系的线性扫描曲线图；
[0022]图5是本专利技术对比例1中恒磁场强度距离铁磁体表面距离变化图；
[0023]图6是本专利技术对比例1中反应体系的线性扫描曲线图；
[0024]图7是本专利技术实施例2中的反应体系的奈奎斯特图；
[0025]图8是本专利技术实施例
1、
实施例
2、
对比例1中的反应体系在不同磁场下工作电极电流密度随磁场强度的变化图
。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的上述目的
、
特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明
。
需要说明的是，以下各实施例仅用于说明本专利技术的实施方法和典型参数，而不用于限定本专利技术所述的参数范围，由此引申出的合理变化，仍处于本专利技术权利要求的保护范围内
。
[0042]以
Pt
片作为工作电极，石墨片作为对电极，
Ag/AgCl
电极作为参比电极，
Pt
片平行于对电极，
1mol/L
的
KOH
溶液为电解质溶液，电解质溶液
pH
大约为
14。
将该催化体系置于恒定磁场中，并进行如下测试：
[0043](1)
恒磁场强度随距离条形磁铁表面位置的关系如图5所示，距离磁体表面
3.3cm
位置处恒磁场强度约为
20mT
，随距离条形磁体越近，恒磁场强度逐渐增强，距离磁铁表面
1.3cm
位置处恒磁场强度约为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于感生电动势辅助提升电催化反应效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：以催化电极为工作电极，在反应装置中进行催化反应，对所述催化电极施加大小可调的电势，对所述反应装置施加大小可调的外加交变磁场，通过调整所述外加交变磁场的参数
、
所述催化电极与所述外加交变磁场的相对位置和角度，从而调控催化反应性能
。2.
根据权利要求1所述的基于感生电动势辅助提升电催化反应效率的方法，其特征在于，所述催化电极远离所述外加交变磁场的中心位置时，催化反应效率提高
。3.
根据权利要求1所述的基于感生电动势辅助提升电催化反应效率的方法，其特征在于，所述催化电极与对电极之间的夹角减小时，催化反应效率提高
。4.
根据权利要求1所述的基于感生电动势辅助提升电催化反应效率的方法，其特征在于，提高产生所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张钰笛，刘思彤，孙文，李国伟，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：