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电催化还原二氧化碳及水电解反应中非贵金属催化剂的制备及研究

发布时间:2020-10-23 15:53
   为了解决可再生新能源的地域性和间歇性等问题,通过电化学实现电能与化学能的相互转化将起到重要作用。在各类化学能与电能转换技术中,电催化还原二氧化碳以及电解水制取氢气都可以获得“清洁燃料”,将对环境和能源方面产生革命性意义。本论文围绕制备和探索用于二氧化碳还原及水电解反应中的非贵金属催化剂开展研究工作,主要内容如下:1.采用乙醇水热法和氢氧化钠沉淀法制备了一系列CoxCu1-xO二氧化碳还原电催化剂。其中以NaOH沉淀法制得的Co0.5Cu0.50在二氧化碳饱和气氛下的起始电位为-0.83V(vs.SCE),峰电流密度为-2.71mA/cm2。研究发现在CoxCu1-xO催化剂中钴和铜展现出了优异的协同作用。2.发现Co(OH)2对二氧化碳还原反应(C02RR)的催化作用,同时在其制备过程中引入铁盐制得的钴铁氧化物CFO,其中的钴和铁同样也展现出了协同作用,对CO2还原展现出稳定的催化性能:起始电位为-0.80 V,峰电流密度为-0.58 mA/ctrm2,15小时恒电位测试电流几乎没有衰减,主要还原产物为丙酮和甲醇。3.通过调控制备过程中所用到的表面活性剂的种类、用量来优化CoOx催化剂在氧析出反应(OER)中的性能,发现中性的PVP最有利于其活性的提升,电流密度10 mA/cm2处所需的过电位仅为378 mV,比加入阴离子型十六烷基磺酸钠(AS)的催化剂降低了43mV。同时,通过抗坏血酸对CoOx中的Co2+/Co3+比例进行调控,发现在一定范围内Co2+的相对含量越高则活性越好,说明Co2+是OER催化活性位点。优化后的CoOx-P2V0.3是稳定高效的OER催化剂,其在电流密度10 mA/cm2处所需的过电位仅为352 mV,且在10 h内活性几乎没有衰减,具有良好的应用前景。4.以MOF为前驱体原位构筑了具有特殊微观结构的菱形十二面体的HER催化剂Co@Co3O4-NC。在中性电解液(pH~7)中,其电流密度达到10mA/cm2所需要的过电位为610 mV,恒电位电解12小时后电流密度仅有13%的衰减,比Pt/C更为稳定。
【学位单位】:厦门大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:O643.36;TQ116.2
【部分图文】:

电催化还原二氧化碳及水电解反应中非贵金属催化剂的制备及研究


图1.1电催化剂驱动的可持续能源体系远景161??Figurel.l?A?landscape?of?electrocatalysis-based?sustainable?energy?sys?

示意图,电化学还原,金属元素,催化剂


(主要是有空原子d轨道的金属元素)发生配位作用,减小C原子和0原子之间??的键能,从而削弱co2分子结构稳定性,即降低co2分子断裂反应的能垒,最??终催化整个电化学还原过程[17]。图1.2是元素周期表中可用于制作电化学还原??C02催化剂的金属元素示意图。??目前,己被证实具有电催化还原二氧化碳的材料大致可分为以下四类:金属??单质与合金催化剂、金属(氢)氧化物与硫化物催化剂、有机金属络合物催化剂??和其他新型催化剂。??3??

双金属催化剂,核壳结构


受到广泛关注。Xu等人发现,除了改善Cu纳米粒子的稳定性,Au的加入同时??还能降低二氧化碳还原的过电位[28]。其他不同的合金中也能发现这样的协同效??应,产生1+1>2的效果。如图1.3所示,纯Cu催化剂还原二氧化碳产生C0和??HCOOH,其总的法拉第效率约为88%,纯Sn催化剂更倾向于析氢反应,而当??适量的Sn加入到Cu当中形成合金时,却可以抑制析氢,使得产C0的法拉第??效率超过90%[29]。最新的研宄报道显示核壳结构的材料对二氧化碳还原也具有??良好的催化活性。如图1.4所示的核壳结构,它的核心是Ag3Sn,外壳是Sn02,??构成Ag-Sn双金属催化剂,在-0.8?V?(vs.?RHE)电势下电催化还原C02生成甲酸,??选择性高达80%[3()]。??5??
【参考文献】

相关期刊论文 前4条

1 文美兰;;X射线光电子能谱的应用介绍[J];化工时刊;2006年08期

2 何为,唐先忠,王守绪,王磊;线性扫描伏安法与循环伏安法实验技术[J];实验科学与技术;2005年S1期

3 梁敬魁,陈小龙,古元薪;晶体结构的X射线粉末衍射法测定──纪念X射线发现100周年[J];物理;1995年08期

4 刘亚文;能量色散X射线光谱分析[J];分析试验室;1987年04期



本文编号:2853234

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