電化學(xué)由于具有綠色、環(huán)保可操作性強等優(yōu)勢,在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。新型環(huán)境污染治理（水處理、CO₂治理）、新能源（鋰電池、燃料電池）、生命醫(yī)學(xué)（電化學(xué)發(fā)光法、電化學(xué)傳感器）,電化學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展給上述領(lǐng)域帶來許多潛在的技術(shù)革命。如何能快速推廣上述新型領(lǐng)域的發(fā)展,離不開相關(guān)電化學(xué)技術(shù)的研究,特別是選擇合適的電極材料變得尤為重要。在金屬基納米材料中,銅（Cu）基納米材料由于低廉的成本、優(yōu)異的化學(xué)性能被廣泛研究,但電化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中Cu基催化劑具有小的比表面積、低的活性位點不利于界面電荷的轉(zhuǎn)移,阻礙了材料的發(fā)展。因此,本文針對異元素摻雜Cu基催化劑制備及其電化學(xué)性能做了研究,具體工作如下:1.N、Pd摻雜的Cu₃PdN納米晶（NCs）合成及其在電催化還原CO₂的應(yīng)用:利用液相合成法成功地制備了Cu₃PdN NCs,并應(yīng)用于電催化還原CO₂反應(yīng)中,隨著Pd與N的摻雜,催化劑的電化學(xué)活性表面積（ECSA）增加,其中Cu₃PdN NCs的活性中心數(shù)量增加最多,氣相產(chǎn)物主... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古師范大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

二氧化碳循環(huán)過程與可再生能源和電化學(xué)相結(jié)合[6,24]

內(nèi)蒙古師范大學(xué)碩士學(xué)位論文4的Cu納米粒子涂覆表面具有較高的CO2還原效率（包括CH4、C2H4和CO）。另外，唐偉等人[33]發(fā)現(xiàn)相比于光滑的多晶Cu，粗糙多晶Cu表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能可能與折射率低的小晶界面表面擁有數(shù)量多的可協(xié)調(diào)位點有關(guān)，對于CO2還原反應(yīng)暴露出了更多的活性位點。Palmore等[34]探究出一種新型的電極結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物甲酸有低的起始電位，而且法拉第效率也高于相關(guān)報道值，但產(chǎn)物還檢測出了有少量的乙烷和丙烯。與多晶材料相比，使用納米催化劑材料可以降低過電位并有效提高電催化性能。納米尺度的Cu材料不僅提供大量的活性位點，而且能有效調(diào)控中間產(chǎn)物以及反應(yīng)物吸附能力（見圖1-3）。Mueller等人通過對不同納米晶體和表面結(jié)構(gòu)的Cu納米線[35]在低電位下還原CO2為CO進行了研究，繪制了高表面積Cu納米線結(jié)構(gòu)-性質(zhì)的關(guān)系，并利用Cu納米線還原為CO的反應(yīng)途徑進行了DFT計算來作進一步解釋，確定在過電位為-0.5V（相比于可逆氫電極，vs.RHE）下，（110）及（100）晶面是反應(yīng)的活性中心。另有Nilsson等人[36]制備Cu立方塊納米結(jié)構(gòu)生成了乙烯和甲烷，說明納米結(jié)構(gòu)表面已被證明能大大提高不同催化劑的活性和選擇性。此外，Buonsanti等人[37]通過合成不同尺寸下的立方形Cu納米晶調(diào)控了C2產(chǎn)物的選擇性，其中尺寸為44nm的立方體Cu納米晶對乙烯的選擇性最高，法拉第效率為41%，這一結(jié)果表明了（100）平面邊緣點的最佳比例對于最大限度地提高CO2還原活性和乙烯選擇性是至關(guān)重要的。圖1-2多晶Cu的表面經(jīng)過（a）電拋光表面，（b）Cu納米粒子涂覆表面，（c）濺射鍍膜的掃描電子顯微鏡（ScanningElectronMicroscope,SEM）形貌圖像，（d）及三者在CO2飽和溶液下電化

第一章緒論5學(xué)還原產(chǎn)物的法拉第效率圖[33]Fig.1-2SEMpatternsofpolycrystallinecopperthrough(a)electropolishedsurface,(b)coppernanoparticlecoveredsurface,(c)sputteredsurface,(d)andfaradayefficiencyoftheelectrochemicalreductionproductsofthethreeinCO2saturatedsolution[33]圖1-3不同類型的Cu納米線[35]，Cu立方塊[36]的SEM形貌圖像Fig.1-3SEMpatternsofdifferenttypesofCoppernanowires[35],Coppercubes[36]自從Cu電極被研究以來，便有不少科研工作者嘗試對Cu基材料進行氧化的研究。Yeo等[38]制備出的Cu2O電化學(xué)還原CO2產(chǎn)物為C2H4，法拉第效率可達20%。Cuenya課題組[39]發(fā)現(xiàn)離子體活化的氧化銅表現(xiàn)出多碳化合物的選擇性，原因是反應(yīng)過程中Cu+亞表層氧物種的存在。除此之外，證明電解質(zhì)中堿金屬離子對等離子體活化的CuO催化劑反應(yīng)性能的影響。Cu金屬雖然是當(dāng)下能夠催化CO2生成碳氫化合物的唯一金屬，然而早期研究的Cu材料都是在-1.0V（vs.RHE）或高于其值的電位下進行。因此，進一步掌握在低電位下還原CO2的活性中心及反應(yīng)機理是非常重要的。1.3.1.2CuM合金介于純Cu低的還原性能，越來越多的研究人員開始對Cu基合金進行研究與開發(fā)（見圖1-4）。合金化材料被認為可以提高CO2還原催化性能和選擇性。例如，Watanabe等人[40]在1991年就開始將Cu合金金屬電極用于還原CO2，發(fā)現(xiàn)Cu-Ni、Cu-Sn、Cu-Pb等合金有高活性，而Cu-Ag、Cu-Cd等催化性能卻較差。近幾年，朱文靜等人[41]利用一鍋法合成Pd-Cu合金催化劑，通過調(diào)節(jié)Cu與Pd的組分比就可以調(diào)控產(chǎn)物的形貌。結(jié)果表明由于合金化的作用，樹枝狀Pd3Cu催化劑在-0.7V至-1.3V的電位窗口內(nèi)實現(xiàn)高CO電流密度，且在-1.3V處部分電流密度達到商業(yè)Pd/C催化劑?


本文編號：3229859