泡沫铜基复合材料的制备及其选择性电催化还原CO 2 的研究

发布时间：2022-01-01 09:24

　　自工业革命以来,化石燃料燃烧所产生的二氧化碳（CO2）排放量早已超过了其自然循环能力,导致了温室效应等一系列的全球性环境问题。为了降低空气中二氧化碳浓度和缓解能源危机,实现碳的循环利用,将二氧化碳在可再生能源作用下还原为高能量密度碳基化合物是最有前景的方法之一。其中,电化学还原二氧化碳（e-CO2RR）具有反应过程常温常压下可控、反应体系紧凑、易于规模化工业化等优点,引起了广泛关注。研究表明,铜和铜基催化剂拥有独特的将CO2还原为碳氢燃料和化学品的能力,但是该类催化剂的还原产物众多,选择性不强,其中乙烯（C2H4）作为二碳还原产物,因能量密度和商业价值远远高于甲烷（CH4）等一碳还原产物,而成为人们关注的焦点。本论文试图从增加催化剂暴露的活性位点数量和提高催化剂固有活性两方面,采用纳米结构化法、氧化法和表面修饰法的综合手段来对铜基催化剂进行改性,以获得较佳的乙烯法拉第效率和选择性。具体的研究工作分为以下两个方面:（1）为了增加催化剂暴露的活性位点数量,并改善铜基催化剂的固有活性,提升CO2电催化还原对C2H4产物的选择性,本论文结合氢气泡动态模板法和热退火表面铜氧化物来提高催化剂活性,... 

【文章来源】：华中师范大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１?Ｃ〇２在催化剂表面电还原成一氧化碳、甲烷、乙烯和乙醇的反应路径??在所有具有还原ｃｏ２能力的金属催化剂中，铜被认为是理想的情况下的平衡反??

自单独的金属都不同［４９］。??Ｓｅｕｎｇｈｗａ?Ｌｅｅ等人制备了银－氧化亚铜（Ａｇ－Ｃｕ２〇）电极，使电化学ＣＣｈ还原选择性合??成乙醇，并揭示了提高乙醇选择性的关键因素Ｍｌ。Ｈａｔｓｕｋａｄｅ等人报道了?ＡｇＺｎ合??金催化ＣＨ４和ＣＨ３ＯＨ的生成【５１］。??１．４氢气泡动态模板法简介??Ｌｉｂｅｒａｔｅｄ?Ｈ－，?ｂｕｂｂｌｅｓ?Ｃ?ｕ?Ｂａｔｈ??、Ｃｕ?ｄｅｐｏｓｉｔ?????１?■—■＂—■—■＿＿丨＿丨■＿＿＿丨丨＿＊?Ｉｎｃｒｅａｓｉｎ？?ｔｉｍｅ??图１．２氢气泡动态模板法用于制备泡沫铜的形成机理Ｎｌ．??利用氢气泡动态模板法（ＤＢＨＴ）制备出的表面多孔泡沫铜是一种具有特殊的物??理化学性质的优质电极材料，具有孔隙率高、内表面积大、机械强度好、导电性好??等特点。图１．２所示的示意图是利用氢气泡动态模板法电沉积多孔泡沫铜过程中，??泡沫金属铜形成过程的简化描绘。其基本机理是金属铜的电化学沉积的同时，伴随??着由于负极板上施加了极大的负偏压，从而导致的氢气泡的剧烈产生，氢气泡出现??的地方由于没有金属离子，就不会产生金属离子的沉积，使得在典型的电沉积过程??９??

硕士学位论文??ＭＡＳＴＥＲ?Ｓ?ＴＨＨＳ．Ｓ???铜纳米线（ＣｕＯ?ＮＷｓ）电极，用于高效选择性电化学还原Ｃ０２，发现其在低的过电位??下对二碳产物的形成具有优异的选择性。相关机理研究发现这种较好的催化性能归??因于在催化剂表面由于多孔基底上的纳米线结构带来的较大电化学活性表面积和??氧化态后对于选择性的改善。??如图２．１所示，是氧化铜纳米线（ＣｕＯ?ＮＷｓ）结构的合成路径示意图。首先通过??便捷且高效的氢气泡动态模板法（ＤＢＨＴ），在铜箔衬底上生长纯相泡沫铜，其具有的??三维多孔高比表面积结构非常适合用作基底。如图中的局部视图所示，泡沫铜的微??结构呈现纳米枝晶状，具有丰富的表面活性位点和高比表面积。然后在电化学环境??中氧化为Ｃｕ（ＯＨ）２前驱体，可以观察到，其微形貌己经在原有的枝晶结构基础上，??生长出纳米线结构。最后，在热退火的驱动下，将Ｃｕ（ＯＨ）２纳米线前驱体还原为氧??化铜纳米线（ＣｕＯ?ＮＷｓ）结构，保留了前驱体中的微结构和表面活性位点，活化了其??催化性能，提升了二碳产物选择性。研宄其电催化还原Ｃ０２对于二碳产物形成的优??异选择性和活性。??Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?Ａｎｎｅａｌ??（＇ｌｌ?ｆｏｉｌ?Ｃ?ｕ?ｆｏａｍ?Ｃｕ（ＯＵ）２?ＮＷｓ?ＣｕＯ?ＮＷｓ??图２．１氧化铜纳米线（ＣｕＯ?ＮＷｓ）电催化剂的合成路径示意图．??１４??

【参考文献】：
期刊论文
[1]二氧化碳电化学还原的研究进展[J]. 白晓芳,陈为,王白银,冯光辉,魏伟,焦正,孙予罕.  物理化学学报. 2017(12)



本文编号：3562084