铜纳米线电极在电催化二氧化碳还原中的应用

发布时间：2021-11-07 01:57

　　新兴的电催化二氧化碳还原技术为人类解决能源与环境问题指明了新方向,铜作为一类产物分布广泛且具有二氧化碳深度电还原能力的金属催化剂具有实际的应用价值,然而过电位高、催化剂失活、产物选择性不可控等问题限制了其进一步发展。近年来,纳米铜催化剂从降低过电位、增加电流密度等方面入手改善了其电化学性能,然而析氢活性高、产物可调控性差等问题却一直未得到有效解决,不仅如此,铜的二氧化碳深度还原能力也没有得到充分挖掘。为解决这一问题,科研人员在催化剂的设计与研发方面进行了深入探索,然而电极的界面浸润性与结构设计对于电催化二氧化碳还原性能的影响却鲜有关注,针对以上问题,我们以铜纳米线作为研究对象开展了以下工作:1通过液相还原法得到了尺寸均一、长径比较高、表面粗糙、富含晶界的铜纳米线,一维材料的结构优势显著降低了多晶铜材料用于二氧化碳还原反应的过电位,提升了催化活性。利用聚四氟乙烯对铜纳米线疏水化处理得到了亲气疏水的超亲气铜纳米线,亲气构筑的水下气体扩散通道加速了二氧化碳的传质,提升了产物的选择性与可调控性,在较低的过电位（-0.4V,RHE）下,一氧化碳的选择性高达71%,在较高的过电位下（-0.6V,R... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１化石能源燃烧导致的全球二氧化碳排放量［３］?（１９９０－２０４０，单位：十亿吨）??

图１－２ｃｕ?（１００）晶面反应路径示意图，所有反应路径均起始于ｃｃｒ中间体ｉ３Ｆｉｇ．?１－２?Ｏｖｅｒｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｎｅｔｗｏｒｋｓ?ｏｎ?Ｃｕ（１００）?ｅｘａｍｉｎｅｄ?ｓｔａｒｔｉｎｇ?ｗｉｔｈ?ＣＯ＊［３５ｕ以外的催化剂由于产物较少，不涉及２ｅ－以上的反应路径，因此关于Ｃ的研宄主要集中在Ｃｕ类催化剂，且多以理论计算为主，但由于产物、杂性，电催化ＣＣｈＲＲ的机理和路径目前尚未得到统一。??催化＜：０２还原催化剂概述??有的ｃｏ２还原催化剂根据存在形式可以分成均相催化剂和非均相催化小结我们将从这两大类催化剂入手，对目前的电催化Ｃ０２ＲＲ领域的进行归纳总结。??均相电催化Ｃ０２还原催化剂??

Ｅ（ＶｖｓＲＨＥ）?Ｅ?（Ｖ?ｖｓ?ＲＨＥ）??图１－３卟啉铜催化剂Ｃ〇２还原性能（０．２５ｍｇ／ｃｍ２，?０．５ＭＫＨＣＯ３）?＿??Ｆｉｇ．?１－３?Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ＣＯ２?ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?ｏｖｅｒ?ｔｈｅ?ＰｏｒＣｕ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?（０．２５ｍｇ／ｃｍ２，?０．５Ｍ?ＫＨＣ〇３［４０］??近期，Ｗａｎｇ等人［４（）］报道了一种新型Ｃｕ基金属卟啉配合物，这种分子配合物在中??性水体系中表现出独特的电催化Ｃ０２还原性能，在还原电势为－〇．９７６Ｖ（ＲＨＥ），负载??量为０．２５ｍｇ／ｃｍ２时，ＣＨ４和Ｃ２Ｈ４两种碳氢化合物的选择性就高达４４％，同时电流密??度高达２１ｍＡ／Ｃｍ２，进一步的分析结果表明卟啉配体上嵌入的羟基（ＯＨ－）以及氧化态??的Ｃｕ是取得这一优异性能主要原因。??尽管均相催化剂在电催化Ｃ０２还原领域也取得了较多的进展，考虑到实际的工业??化运用，均相催化剂大多成本较高且催化剂不可回收，所以其研究重点大多为理论研??宄


本文编号：3480937