二氧化碳電化學還原的大規(guī)模應(yīng)用不但能夠有效緩解二氧化碳日益劇增引起的環(huán)境問題,而且能夠有效解決可再生電能難于存儲的難題。除了催化劑的結(jié)構(gòu)、組成和形貌外,二氧化碳電化學還原的活性、選擇性、穩(wěn)定性還受外部環(huán)境的影響。由于二氧化碳在水溶液中的溶解度較低,當反應(yīng)速率較大時,反應(yīng)活性極易受二氧化碳的傳質(zhì)限制。因此,開發(fā)高效二氧化碳電還原裝置,強化二氧化碳傳質(zhì),是在高反應(yīng)速率下提高二氧化碳電還原活性的關(guān)鍵。微通道反應(yīng)器具有高效的傳熱、傳質(zhì)性能,且操作安全、容易放大,在眾多領(lǐng)域均呈現(xiàn)出優(yōu)良的性能,但在二氧化碳電化學還原領(lǐng)域卻鮮有報道。因此,本文從開發(fā)高效二氧化碳電催化裝置、強化二氧化碳傳質(zhì)角度出發(fā),將微通道技術(shù)應(yīng)用到二氧化碳電化學還原領(lǐng)域,開發(fā)了兩種新型的微通道電化學反應(yīng)器裝置,并對其電催化性能進行了研究,取得的主要結(jié)果如下:（1）開發(fā)間歇微通道電化學反應(yīng)器,對其二氧化碳電催化性能進行研究。采用電沉積、熱氧化、電還原方法制備了一種多孔的氧化還原泡沫銅電極,將其放入陽離子交換膜管內(nèi),構(gòu)建了一種無需攪拌的環(huán)形微通道電化學反應(yīng)器。通過SEM及電化學表征發(fā)現(xiàn),氧化還原泡沫銅具有高的電化學比表面積,低的過電位... 

【文章來源】：華東理工大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２．１大氣中Ｃ０２濃度發(fā)展趨勢圖ＨＩ??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｔｒｅｎｄ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?Ｃ〇２?ｉｎ?ｔｈｅ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ⑴??

華東理工大學博士學位論文?第５頁??碳作為反應(yīng)物，然而卻也存在著過程難于控制的缺陷，此外，由于酶的作用溫度較窄，??也存在著對生存環(huán)境要求苛刻的限制［６］；?（４）電化學轉(zhuǎn)化法，利用電能將二氧化碳轉(zhuǎn)化??為所需的目的產(chǎn)物，其作用機理圖如圖２．３所示，由于本法采用電能作為驅(qū)動力，反應(yīng)條??件溫和，反應(yīng)速率可控（通過控制電位高低有效控制），綠色環(huán)保，被認為是當前最具發(fā)??展?jié)摿Φ姆椒�。此外，本法采用的電能可以通過可再生能源獲得（如：太陽能，風能，??水能等），可有效的解決可再生能源存儲的問題。因此，采用電化學方法，將二氧化碳轉(zhuǎn)??化為富有高價值的化學品或燃料，不但能夠解決二氧化碳增多帶來的環(huán)境問題，而且有??利于解決可再生能源的存儲問題。??（ａ）?（ｂ）?ｊ｜?ｉｆ＊??廣兔?ｎ１丨：??ｄ〇Ｐ?＇；?；?■??Ｃ０２?Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ?Ｍ?Ｍ?Ｓｅｐａｒａｔｏｒ．??＼?醒邏?Ｃａｔｈｏｄｅ＾，＾??Ｈ２０?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ?隱議?Ａ?（?＞?１?｜?參?｜ｆＵＦ＂?Ｅｎｄ?Ｐｌａｔｅ??識ｙ?＿：』一??Ｃａｔｈｏｄｅ?Ｆｌｏｗ?Ｐｌａｔｅ??Ｎ?Ｅｎｄ?Ｐｌａｔｅ??圖２．２二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)??（ａ）光化學轉(zhuǎn)化法；（ｂ）生物化學轉(zhuǎn)化法；（ｃ）熱化學轉(zhuǎn)化法；（ｄ）電化學轉(zhuǎn)化法??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｃ〇２?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ！３！??（ａ）?Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；?（ｂ）?Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；?（ｃ）?Ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；?（ｄ）??Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏ

４Ｗ２０?（Ｅ°（Ｖ?ｖｓ．ＲＨＥ）?＝?０．０６４?Ｖ）?（２－６）??２Ｃ０２?＋?１２Ｗ＋＋?１２ｅ——?Ｃ２Ｗ５ＯＷ?＋?３／／２０?（￡■〇（�。觯螅�？／／￡）＝?０．０８４ｌ〇?（２－７）??２Ｈ＋?＋?２ｅ￣?Ｈ２?（Ｅ°（Ｖｖｓ．ＲＨＥ）?＝?０．０００?Ｖ）?（２－８）???Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??ｊ??Ｃａｔｈｏｄｅ??ｃ．?Ｌ??ｆ?１?「??＜?Ａｎｏｄｅ??Ｉ?ｉＪｉｆ?ｊ?］??Ｉｏｎ?Ｅｘｃｈａｎｇｅ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ??圖２．４常規(guī)的Ｈ型電解池示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?Ｈ－ｔｙｐｅ?ｃｅｌｌ??二氧化碳電化學還原制備一氧化碳、甲酸等產(chǎn)物的可能的機理圖如圖２．５所示ｔ９］，通??常分為以下幾個步驟完成：??（１）第一階段為吸附，氣相中的二氧化碳進入溶液后首先吸附到催化劑表面，由游??離態(tài)變?yōu)槲綉B(tài)Ｃ０２（ａｑ）；??（２）第二階段為活化，吸附態(tài)的二氧化碳分子在電極表面獲得電子，變?yōu)椋撸茫埃玻撸??此過程為單電子還原過程，為二氧化碳電還原過程的第一步，該步驟需要的平衡還原電??位為－１．４９８Ｖ（ｖｓ．ＲＨＥ），能壘較高，需要的過電位較大，通常被認為是電化學還原過程??的決速控制步驟；??（３）第三階段為活化態(tài)分子的質(zhì)子化反應(yīng)，活化態(tài)？（：＆■■與來自電解液中的質(zhì)??子ｈ＋發(fā)生反應(yīng)，形成？?ｃｏｏ／ｙ中間體或？?ｗａ／ａ；??（４）第四階段為還原中間體（？（：００／／或？ＷＣＨ０）獲得電子和質(zhì)子，進一步還原獲??得目的產(chǎn)物（如一氧化碳或甲酸等）；??（５）第五階段為二氧化

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Low-overpotential selective reduction of CO2 to ethanol on electrodeposited CuxAuy nanowire arrays[J]. Weiwei Zhu,Kuangmin Zhao,Suqin Liu,Min Liu,Feng Peng,Pengda An,Binhao Qin,Huimin Zhou,Hongmei Li,Zhen He.  Journal of Energy Chemistry. 2019(10)
[2]Taylor流下微細顆粒增強CO2:吸收研究（英文）[J]. 蔡旺鋒,張嬌,張旭斌,王燕,齊向娟.  Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013(02)



本文編號：3423106