铋基催化剂在（光）电催化二氧化碳还原产甲酸中的应用
发布时间：2021-01-01 00:52
电催化和光电催化二氧化碳（CO2）还原技术是固定和利用CO2的有效途径,对于缓解全球变暖和能源危机具有重要意义。尽管科学家们在该领域己经做出许多工作,但是更高效的CO2还原催化体系仍有待开发。本论文紧紧围绕电化学CO2还原目前所面临的关键问题展开研究,从电催化和光电催化两个方面提出了三种CO2固定和利用的新策略:1.鉴于大多数先前报道的光电催化体系中半导体和助催化剂之间的界面问题,作者提出了一种全新的铋离子（Bi3+）辅助的化学刻蚀方法,实现了金属铋助催化剂在硅表面的原位沉积。通过这种方法制备的硅/铋（Si/Bi）光电阴极具有较低的CO2还原过电势,其光电流密度在半个太阳光强度下达到约10 mA/cm2,并且其甲酸法拉第效率高达90%。此外,作者通过引入光刻法对光电阴极进行图案化,实现了硅表面三分之一面积的裸露。实验证明图案化的光电阴极的光电流密度能够进一步提高到约12 mA/cm2,同时其甲酸法拉第效率也没有因此降低。2.甲酸（或甲酸盐）被认为是目前最具经济价值的CO2还原产物之一。然而,目前CO2还原产甲酸的电催化剂的活性和选择性较低的现状严重限制了电催化CO2还原技术的商业化应用...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）大气中二氧化碳浓度随年份变化图：（ｂ）地球温度波动幅度随年份变??化图⑴
祕基催化剂在（光）电催化二氧化碳还原产甲酸中的应用?第１章??國?ｍｓＭ??．＇、一－’??？ｆ－＾ｇ＾ｆＢ＂，？＞？＞，，＞?ＨＤＨ??Ｏｉｌ?Ｎａｔｕｒａｌ?Ｂｉｏ－?Ｃｏａｌ?ＣＯ，?ｎ?ａｆｔｔｍｓｔｉｖｔ?Ｉ?，：?；?ｌｉｒ?Ｊ＇?ｆ??ｇａｉ?ｎｕｕ?ｃａｒｂｏｎ?ｔｏｕｒｃ＊??Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ?ｂｕｔ?Ｍａｒｋｅｔ－ｄｒｉｖｅｎ??ｃｏｓｔｌｙ?ａｐｐｒｏａｃｈ??Ｓｏｕｔｃ?Ｃｌ？ｒ％Ｓ？ａＣｈｔｍ＜?２”《，？，？＇Ｉ？４Ｃ??图１．３碳中和技术应用的几个实例ｍ。??图１．３给出了几个碳中和技术应用的实例。如图所示，绿色植物是自然界中吸??收Ｃ０２最强大的武器。绿色植物通过光合作用，利用光能吸收Ｃ０２并将其转化为??有用的葡萄糖贮存起来，同时释放氧气。这一过程是地球维持碳循环平衡中至关??重要的一环。但是植物的光合作用能量利用效率极低，只有百分之一左右，并且??这一过程十分受限于不稳定的光照条件。所以，人工捕获二氧化碳并长期埋存的??技术（ＣＣｈｃａｐｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｓｔｏｒａｇｅ）和人工捕获二氧化碳并转化为有价值的产品的技术??（ＣＣｈｃａｐｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）是另外两种必小少的碳中和技术。其中，碳捕获和??埋存技术虽然见效快，可操作性强，但从长远看来，成本巨大并且存在潜在危险??性，所以这并不是一种可持续发展的技术。而二氧化碳利用技术（Ｃ〇２?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ??ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）作为一种市场驱动的ＣＣｈ利用途径虽然尚未得到太多关注，但在未来??的碳中和实践中具有无限的潜力。这主要有三方面的原因：首先，发展Ｃ０２利用??技术可以
第１章?秘基催化剂在（光）电催化二氧化碳还原产甲酸中的应用??〇－?°、、Ｐ－??ｒ?Ｃ－Ｃ??？Ｓ、，?ｏ＇?ｔ??〇／?－??７?，（）??〇?＋ｅ?Ｏ?ＣＯ，?〇＿／?——?Ｃ－Ｏ?－?ＣＯ；??Ｍ?－＿？－?．ｒ‘?－?－?ｙ?＼＼?ｏｒ?＋?ｅ－??Ｓ?°??Ｏ?〇?＇〇??乂，?〇－??ＯＨ，?＼?－Ｃ??－、，０－Ｕ?＾?０??？Ｃ??＞－?Ｈ－Ｃ??０?０ｒ?＋?ｅ＂?Ｖ〇??图１．５在惰性电极上发生的直接二氧化碳电化学还原丨｜７】。??当电化学Ｃ０２还原反应中引入催化剂时，Ｃ０２分子与催化剂之间通过化学键作??用在表面形成化学吸附，并且催化剂的存在还可以稳定Ｃ０２还原反应的中间体，??使反应的活化能大幅降低，从而导致反应的过电势降低。与此同时，由于催化剂??种类的不同，催化剂与Ｃ〇２及反应中间体的相互作用力之间存在差异，最终导致??反应的路径不尽相同，产物的选择性发生改变％?｜８１。催化剂与反应中间体之间结??合的强弱，是影响催化反应进程的重要因素。如果催化剂与反应中间体的结合作??用太强，会造成催化剂表面活性位点被屏蔽和遮挡，从而导致催化剂中毒失去活??仲。反之，如果催化剂与反应中间体的结合作用太弱，则会使反应难以继续进行。??因此，催化剂与反应中间体之间的结合作用不能太强也不能太弱，需要维持在一??个合适的状态［１９１。??１．３．３电催化二氧化碳还原的理论研究??基于这一原理，科学家们将催化剂与Ｃ０２还原反应中间体的结合能力强弱定义??为…个丨０来描述Ｃ〇２还原催化剂活性的描述符（ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）。并儿根据结合能力??的强弱，可以统计出一
本文编号：2950626
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）大气中二氧化碳浓度随年份变化图：（ｂ）地球温度波动幅度随年份变??化图⑴
祕基催化剂在（光）电催化二氧化碳还原产甲酸中的应用?第１章??國?ｍｓＭ??．＇、一－’??？ｆ－＾ｇ＾ｆＢ＂，？＞？＞，，＞?ＨＤＨ??Ｏｉｌ?Ｎａｔｕｒａｌ?Ｂｉｏ－?Ｃｏａｌ?ＣＯ，?ｎ?ａｆｔｔｍｓｔｉｖｔ?Ｉ?，：?；?ｌｉｒ?Ｊ＇?ｆ??ｇａｉ?ｎｕｕ?ｃａｒｂｏｎ?ｔｏｕｒｃ＊??Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ?ｂｕｔ?Ｍａｒｋｅｔ－ｄｒｉｖｅｎ??ｃｏｓｔｌｙ?ａｐｐｒｏａｃｈ??Ｓｏｕｔｃ?Ｃｌ？ｒ％Ｓ？ａＣｈｔｍ＜?２”《，？，？＇Ｉ？４Ｃ??图１．３碳中和技术应用的几个实例ｍ。??图１．３给出了几个碳中和技术应用的实例。如图所示，绿色植物是自然界中吸??收Ｃ０２最强大的武器。绿色植物通过光合作用，利用光能吸收Ｃ０２并将其转化为??有用的葡萄糖贮存起来，同时释放氧气。这一过程是地球维持碳循环平衡中至关??重要的一环。但是植物的光合作用能量利用效率极低，只有百分之一左右，并且??这一过程十分受限于不稳定的光照条件。所以，人工捕获二氧化碳并长期埋存的??技术（ＣＣｈｃａｐｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｓｔｏｒａｇｅ）和人工捕获二氧化碳并转化为有价值的产品的技术??（ＣＣｈｃａｐｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）是另外两种必小少的碳中和技术。其中，碳捕获和??埋存技术虽然见效快，可操作性强，但从长远看来，成本巨大并且存在潜在危险??性，所以这并不是一种可持续发展的技术。而二氧化碳利用技术（Ｃ〇２?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ??ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）作为一种市场驱动的ＣＣｈ利用途径虽然尚未得到太多关注，但在未来??的碳中和实践中具有无限的潜力。这主要有三方面的原因：首先，发展Ｃ０２利用??技术可以
第１章?秘基催化剂在（光）电催化二氧化碳还原产甲酸中的应用??〇－?°、、Ｐ－??ｒ?Ｃ－Ｃ??？Ｓ、，?ｏ＇?ｔ??〇／?－??７?，（）??〇?＋ｅ?Ｏ?ＣＯ，?〇＿／?——?Ｃ－Ｏ?－?ＣＯ；??Ｍ?－＿？－?．ｒ‘?－?－?ｙ?＼＼?ｏｒ?＋?ｅ－??Ｓ?°??Ｏ?〇?＇〇??乂，?〇－??ＯＨ，?＼?－Ｃ??－、，０－Ｕ?＾?０??？Ｃ??＞－?Ｈ－Ｃ??０?０ｒ?＋?ｅ＂?Ｖ〇??图１．５在惰性电极上发生的直接二氧化碳电化学还原丨｜７】。??当电化学Ｃ０２还原反应中引入催化剂时，Ｃ０２分子与催化剂之间通过化学键作??用在表面形成化学吸附，并且催化剂的存在还可以稳定Ｃ０２还原反应的中间体，??使反应的活化能大幅降低，从而导致反应的过电势降低。与此同时，由于催化剂??种类的不同，催化剂与Ｃ〇２及反应中间体的相互作用力之间存在差异，最终导致??反应的路径不尽相同，产物的选择性发生改变％?｜８１。催化剂与反应中间体之间结??合的强弱，是影响催化反应进程的重要因素。如果催化剂与反应中间体的结合作??用太强，会造成催化剂表面活性位点被屏蔽和遮挡，从而导致催化剂中毒失去活??仲。反之，如果催化剂与反应中间体的结合作用太弱，则会使反应难以继续进行。??因此，催化剂与反应中间体之间的结合作用不能太强也不能太弱，需要维持在一??个合适的状态［１９１。??１．３．３电催化二氧化碳还原的理论研究??基于这一原理，科学家们将催化剂与Ｃ０２还原反应中间体的结合能力强弱定义??为…个丨０来描述Ｃ〇２还原催化剂活性的描述符（ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）。并儿根据结合能力??的强弱，可以统计出一
本文编号：2950626
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/2950626.html
最近更新
教材专著
