Page 187 - 《精细化工》2020年第9期

第 9 期 阮 炽，等: 聚吡咯改性石墨毡电极的氧还原性能及应用 ·1901·

未改性的石墨毡电极的析氢电流高一些，这说明聚 咯的碳原子上获得电子，使得 O—O 键变得不稳定，
吡咯改性也对阴极的析氢反应有一定的促进作用。 进而促进 ORR 的发生 [25] 。用三种支持电解质制备
在氧气气氛下，电解液处于氧饱和状态，工作电极 的聚吡咯改性石墨毡阴极的 H 2 O 2 生成能力有明显
上同时发生析氢反应和氧还原反应（图 6b）。同一 区别（图 7a），其中，PPy/GF-Na 2SO 4-2000 上两电子
2
工作电极在氧气和氮气气氛下响应电流的差值反映 ORR 活性最强，H 2O 2 累积速率为 24.82 mg/(L·cm ·h)，
了电极 ORR 活性的高低，响应电流差值越大则说明 其次 是 PPy/GF-NaClO 4 -2000， H 2 O 2 累 积速率 为
2
电极的 ORR 活性越高 [23] 。结果表明，PPy/GF- 22.50 mg/(L·cm ·h)，再次为 PPy/GF-NaNO 3 -2000，
2
NaClO 4-2000 的 ORR 活性最高，PPy/GF-NaNO 3-2000 H 2 O 2 累积速率为 19.59 mg/(L·cm ·h)，它们三者对
次之，PPy/GF-Na 2 SO 4 -2000 最低。随着电极电势减 应的电流效率分别为 86.22%、58.27%和 65.57%
小（绝对值变大），响应电流逐渐增大，但是在更负 （图 7b）。
的电极电势下，H 2 O 2 也更容易还原生成 H 2 O [24] 。

图 7 支持电解质种类对聚吡咯改性石墨毡 H 2 O 2 的累积
图 6 GF 和聚吡咯改性石墨毡的 LSV 曲线：氮气饱和 浓度（a）和电流效率（b）的影响
（a）和氧气饱和（b） Fig. 7 Effects of supporting electrolyte on the accumulative
Fig. 6 LSV curves of GF and polypyrrole-modified GF samples concentration of H 2 O 2 (a) and current efficiency (b)
in saturated N 2 (a) and saturated O 2 (b) of polypyrrole-modified GF samples

对于电芬顿氧化过程而言氧气通过两电子还原 以高氯酸钠为支持电解质制备的聚吡咯改性石
生成 H 2 O 2 至关重要。因此，在恒–0.45 V 的阴极电 墨毡具有最高的 ORR 活性，但其对两电子 ORR 选

势下，测定了 GF 与 3 种聚吡咯改性石墨毡的 H 2 O 2 择性较低。而以硫酸钠为支持电解质制备的聚吡咯
累积浓度随反应时间变化关系和电流效率，进一步 改性石墨毡，虽然其 ORR 活性不如以高氯酸钠和硝
研究了 GF 和改性石墨毡的两电子 ORR 选择性，结 酸钠为支持电解质制备的聚吡咯改性石墨毡高，但
果见图 7。图 7a 表明，GF 上 H 2 O 2 的生成速率和累 对两电子 ORR 具有极好的选择性。这种选择性的差
积浓度都非常低，经聚吡咯改性后的 H 2 O 2 生成速率 异可能与改性石墨毡上的氧元素含量和存在形式相
显著提高。H 2 O 2 累积浓度随电解反应时间线性增 关 [6,19] ，但受条件所限，确切原因仍有待进一步研究。
长。结果表明，石墨毡电极上引入的吡咯氮结构促 2.5 聚合时间对聚吡咯改性石墨毡电化学性能的
进了氧气的两电子还原反应。这是因为在电场作用 影响
下，聚吡咯结构中的碳原子处于富电子状态，更容 以硫酸钠为支持电解质制备了聚合时间分别为
易与氧气分子结合。氧分子作为电子受体，从聚吡 500、1000、1500 和 2000 s 的改性电极样品。利用