新型金属/碳材料的合成及其在电化学还原CO 2 和电化学传感器的应用

发布时间：2021-11-25 09:27

　　电催化剂具有很高的催化活性,不仅可以催化CO₂的电还原反应,也可以催化分析检测物的电化学氧化还原反应。然而,现今的研究工作只局限于研究同一种电催化剂的单一应用,而不同时探索同种电催化剂在电催化和电分析化学的双重应用。因此,寻找开发同种催化剂的CO₂电还原和构建电化学传感器的双重应用,具有十分重要的意义。目前报道的CO₂电还原催化剂仍然面临着合成步骤复杂、成本高、小批量制备的问题,而且,这些催化剂也普遍存在CO₂还原活性低、过电位高、选择性差、电流密度低、稳定性差等缺点。当前,电化学传感器的信号放大材料主要是基于价格昂贵、合成步骤复杂的石墨烯和碳纳米管,难以实现电化学传感器的廉价、大批量制备。为了解决以上难题,本论文合成了一系列同时具有CO₂电催化还原和电分析化学传感应用的新型金属/碳材料,这些材料廉价易得、合成简便、可大批量制备。这些新颖的双功能材料,不仅可以高活性、高电流密度、低过电位、高法拉第效率、高稳定性的将CO₂电还原成甲酸、甲醇液态产物,也可作为... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：262 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

（A）H型电解池的示意图

褂肕o-Bi双金属硫化物用于CO2电化学还原生成甲醇[18]，在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[Bmim]BF4）中于0.7V(vs.SHE)的电位，取得了71.2%的最大CH3OH法拉第效率和12.1mAcm2的高电流密度。在离子液体的存在下，Mo和Bi两种金属协同作用生成甲醇，Bi位点促进CO的生成，然后CO与Mo位点结合，Mo位点产生的H2逐渐加成到CO，最终产生CH3OH。此外，Bi位点也能有效稳定CO2中间体，从而促进CH3OH的生成。然而，离子液体的价格昂贵，电解结束后不易与产物分离，不易回收，因此限制了它在CO2电化学还原的大规模使用。图1-2PbO2电极在离子液体[Bzmim]BF4阴极电解液电化学还原CO2生成HCOOH的可能反应机理[28]Figure1-2PossiblereactionmechanismfortheelectrochemicalreductionofCO2intoHCOOHoveraPbO2electrodein[Bzmim]BF4containingcatholytes[28]1.3.2.3有机溶液甲醇也是一种广泛用于CO2还原的溶剂，因为在常温常压下，CO2在甲醇的溶解度是水的5倍。在甲醇溶液，析氢反应（HER）会被抑制，因此，CO2直接在含有甲醇的电解液进行电化学还原是一个很好的选择。而且，支持电解质的加入可能会影响最终产

CO2通过不同的反应路径电化学还原生成（A）C1和（B）C2产物的反应机理[7]


本文编号：3517862