氮掺杂碳/过渡金属复合材料的制备及其电催化还原二氧化碳性能
发布时间：2022-01-03 03:12
近年来,二氧化碳的超标排放导致全球平均气温升高,其引发的“温室效应”使全球各地气候不断恶化,因此二氧化碳问题亟待解决。电催化还原二氧化碳方法因其具有操作简单、环境友好等优点而受到了广泛关注。目前,该电化学法的重点在于制备兼具高催化活性、选择性与稳定性的电极材料,因此,寻找合适的电极催化剂材料成为了解决这个问题的出路。金属有机骨架化合物（MOFs）是一种具有大比表面积和有序孔道结构的新材料,以此为模版/前驱体制备的碳材料具有优异的结构性能。MOFs衍生的碳材料拥有大比表面积和杂原子均匀分散的优点,这使其在电催化还原二氧化碳领域具有传统材料无可比拟的优势。本课题通过煅烧ZIF-67制备了Co@N-C复合材料,利用XRD、XPS、SEM和TEM等测试手段详细研究了所制备复合材料的形貌、晶相、元素组成及化学存在状态,并研究了Co@N-C复合材料的电催化还原二氧化碳CO2RR性能,探究了材料骨架结构及其上各元素存在形态对催化性能的影响。研究发现,不同存在形式的Co物种具有不同的催化性能,具体而言,表面暴露的Co主要促进HER反应,而被C-N骨架包裹的Co颗粒主要催化CO
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CO2在电极表面还原成HCOO—Fig.1.1SynthesisrouteofHCOO—
图 1.1 CO2在电极表面还原成 HCOO—Fig. 1.1 Synthesis route of HCOO—在电催化还原二氧化碳制备一氧化碳过程中(如图 1.2)，CO2·—以 C 配位的形式吸附在活性位点上，由于 C 原子已配位而且 O 元素的电负性比 C 元素强，所以 O 原子把 CO2·—中的电子吸附到自身原子内部，进而 O 原子成为反应位点。O 原子从水中得一个质子生成·COOH，随后·COOH 得一个电子，同时 C-O 键断裂，生成 CO，如式1.10-1.11。此外，CO2·—也可直接与电解液中的质子H发生反应生成CO，如式1.12。 2 + 2→ + 1.10 → + 1.11 2 + → + 1.12
ZIF-67：称取 0.45 g Co(NO3)2·6H2O 并将其溶于 3 mL 水中；称取 5.5 g 2-甲基咪唑并将其溶于 20 mL 水中，然后将这两种溶液混合，室温搅拌 6 h。将溶液离心分离，并用无水甲醇洗涤紫色沉淀 3 次。最后将收集的紫色沉淀物放入 70°C 烘箱中保持 12h。Co@N-C-T：取适量 ZIF-67 样品放入管式炉中，以 1 oC/min 的升温速率分别在600 -1000°C 五个温度下煅烧 4 h(N2气氛)。将得到的产物命名为 Co@N-C-T (T 代表最终煅烧温度)。Co@N-C-T-A：把得到的 Co@N-C 复合材料用王水洗涤三次(60°C, 4 h)，以去除材料表面结合 H+的 Co 物种。然后用去离子水把酸洗后的复合材料洗涤三次，以去除材料表面吸附的离子。最后将收集的黑色沉淀物放入 70°C 烘箱中保持 12 h。将酸洗后得到的产物命名为 Co@N-C-T-A。3.3 ZIF-67 与 Co@N-C-T 复合材料的结构表征首先，我们通过 XRD 测试以及 N2吸脱附测试对 ZIF-67 的结构和比表面积进行表征，测试结果如图 3.1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]二氧化碳:温室气体“主犯”[J]. 蓝颖春. 地球. 2013(09)
[2]深部咸含水层CO2注入的流体迁移模拟研究——以松辽盆地三肇凹陷为例[J]. 赵锐锐,孟庆辉,成建梅. 岩土力学. 2012(04)
[3]二氧化碳的化学利用[J]. 贾彦雷,许文,刘家祺. 天然气化工. 2004(03)
[4]二氧化碳处理技术现状及其发展趋势[J]. 李天成,冯霞,李鑫钢. 化学工业与工程. 2002(02)
[5]利用微藻固定烟道气中CO2的实验研究[J]. 岳丽宏,陈宝智,王黎,胡筱敏. 应用生态学报. 2002(02)
[6]微生物固定CO2的研究进展[J]. 周集体,王竞,杨凤林. 环境科学进展. 1999(01)
本文编号：3565445
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
CO2在电极表面还原成HCOO—Fig.1.1SynthesisrouteofHCOO—
图 1.1 CO2在电极表面还原成 HCOO—Fig. 1.1 Synthesis route of HCOO—在电催化还原二氧化碳制备一氧化碳过程中(如图 1.2)，CO2·—以 C 配位的形式吸附在活性位点上，由于 C 原子已配位而且 O 元素的电负性比 C 元素强，所以 O 原子把 CO2·—中的电子吸附到自身原子内部，进而 O 原子成为反应位点。O 原子从水中得一个质子生成·COOH，随后·COOH 得一个电子，同时 C-O 键断裂，生成 CO，如式1.10-1.11。此外，CO2·—也可直接与电解液中的质子H发生反应生成CO，如式1.12。 2 + 2→ + 1.10 → + 1.11 2 + → + 1.12
ZIF-67：称取 0.45 g Co(NO3)2·6H2O 并将其溶于 3 mL 水中；称取 5.5 g 2-甲基咪唑并将其溶于 20 mL 水中，然后将这两种溶液混合，室温搅拌 6 h。将溶液离心分离，并用无水甲醇洗涤紫色沉淀 3 次。最后将收集的紫色沉淀物放入 70°C 烘箱中保持 12h。Co@N-C-T：取适量 ZIF-67 样品放入管式炉中，以 1 oC/min 的升温速率分别在600 -1000°C 五个温度下煅烧 4 h(N2气氛)。将得到的产物命名为 Co@N-C-T (T 代表最终煅烧温度)。Co@N-C-T-A：把得到的 Co@N-C 复合材料用王水洗涤三次(60°C, 4 h)，以去除材料表面结合 H+的 Co 物种。然后用去离子水把酸洗后的复合材料洗涤三次，以去除材料表面吸附的离子。最后将收集的黑色沉淀物放入 70°C 烘箱中保持 12 h。将酸洗后得到的产物命名为 Co@N-C-T-A。3.3 ZIF-67 与 Co@N-C-T 复合材料的结构表征首先，我们通过 XRD 测试以及 N2吸脱附测试对 ZIF-67 的结构和比表面积进行表征，测试结果如图 3.1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]二氧化碳:温室气体“主犯”[J]. 蓝颖春. 地球. 2013(09)
[2]深部咸含水层CO2注入的流体迁移模拟研究——以松辽盆地三肇凹陷为例[J]. 赵锐锐,孟庆辉,成建梅. 岩土力学. 2012(04)
[3]二氧化碳的化学利用[J]. 贾彦雷,许文,刘家祺. 天然气化工. 2004(03)
[4]二氧化碳处理技术现状及其发展趋势[J]. 李天成,冯霞,李鑫钢. 化学工业与工程. 2002(02)
[5]利用微藻固定烟道气中CO2的实验研究[J]. 岳丽宏,陈宝智,王黎,胡筱敏. 应用生态学报. 2002(02)
[6]微生物固定CO2的研究进展[J]. 周集体,王竞,杨凤林. 环境科学进展. 1999(01)
本文编号：3565445
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