铜基MOFs材料的合成及其Cu-N-C衍生物用于电催化还原二氧化碳

发布时间：2023-03-18 16:28

　　电化学还原二氧化碳(ECR-CO2)由于具有较高的能源效率和较为温和的反应条件,是最有前景的策略之一。然而因为在热力学中二氧化碳是一个稳定的分子,所以将二氧化碳在ESHE=-1.90 V时活化为二氧化碳自由基阴离子需要大量的能量,这是整个反应过程中的关键步骤。同时析氢反应(ESHE=-0.42V)的能量远小于活化二氧化碳的能量,所以整个ECR-CO2过程中都伴随着HER,导致产物选择性较低。铜基材料是已知的唯一一类能在水溶液体系中将二氧化碳还原成高附加值碳氢产物的电催化剂,但它们也有明显的不足,电催化过电势高,反应活性和稳定性差,对特定产物的选择性低。为此,我们仍需要开发有效的铜基电催化剂。金属有机框架(MOFs)由于结构可调,多孔,比表面积高等优点,是电化学还原二氧化碳的卓越的催化剂前体。铜基MOF有着特殊的能力来生成碳氢化合物,羧酸和醇类,是目前最有前景的MOF材料。在惰性气氛下热分解MOF能够为ECR-CO2提供大量的活性位点。将些杂原子如B、N、P和S等掺入碳材料被证明能有效改变催化剂的电子性能,材料结构和化学态。这些杂原子与碳原子结合作为新的活性位点来提升二氧化碳电还原的催化...

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 二氧化碳还原反应(CO₂ RR)
        1.2.1 二氧化碳还原反应概述
        1.2.2 二氧化碳还原反应进展
    1.3 电化学还原二氧化碳反应催化剂
        1.3.1 非金属电催化剂
        1.3.2 金属基电催化剂
    1.4 本论文研究背景、意义及研究内容
第二章 实验条件与表征技术
    2.1 实验药品与实验仪器
        2.1.1 实验药品与试剂
        2.1.2 实验仪器与设备
    2.2 表征与测试方法
        2.2.1 傅里叶变换红外光谱(FTIR)
        2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.2.4 X射线衍射分析(XRD)
        2.2.5 X射线光电子能谱(XPS)
        2.2.6 热重分析(TGA)
        2.2.7 拉曼光谱分析(Raman)
        2.2.8 核磁共振氢谱分析(¹H NMR)
    2.3 电化学表征与测试
        2.3.1 电化学测试
        2.3.2 电化学还原二氧化碳测试及产物分析
第三章 基于泡沫铜原位生长的新型铜基MOF的合成研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品及试剂
        3.2.2 实验仪器与设备
        3.2.3 氢氧化铜纳米线阵列的制备
        3.2.4 基于泡沫铜原位生长的铜基MOF材料Cu-NBDC的制备
        3.2.5 样品的表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 氢氧化铜纳米线基片的表面形貌及结构
        3.3.2 原位溶剂热法中Cu-NBDC的表面形貌与结构
    3.4 本章小结
第四章 MOF材料衍生的CU₂O/Cu@NC催化剂用于电化学还原二氧化碳
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验药品及试剂
        4.2.2 实验仪器与设备
        4.2.3 合成Cu-NBDC与Cu-BDC
        4.2.4 制备Cu₂O/Cu@NC与Cu₂O/Cu@C
        4.2.5 制备工作电极
        4.2.6 电化学测试
        4.2.7 电化学还原二氧化碳测试与产物分析
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 材料制备流程示意图
        4.3.2 形貌表征
        4.3.3 结构与成分表征
        4.3.4 Cu₂O/Cu@NC用于电化学还原二氧化碳
    4.4 本章小结
第五章 总结
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢



本文编号：3763474