為了解決可再生新能源的地域性和間歇性等問題,通過電化學(xué)實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化將起到重要作用。在各類化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)換技術(shù)中,電催化還原二氧化碳以及電解水制取氫氣都可以獲得“清潔燃料”,將對(duì)環(huán)境和能源方面產(chǎn)生革命性意義。本論文圍繞制備和探索用于二氧化碳還原及水電解反應(yīng)中的非貴金屬催化劑開展研究工作,主要內(nèi)容如下:1.采用乙醇水熱法和氫氧化鈉沉淀法制備了一系列CoxCu1-xO二氧化碳還原電催化劑。其中以NaOH沉淀法制得的Co0.5Cu0.50在二氧化碳飽和氣氛下的起始電位為-0.83V(vs.SCE),峰電流密度為-2.71mA/cm2。研究發(fā)現(xiàn)在CoxCu1-xO催化劑中鈷和銅展現(xiàn)出了優(yōu)異的協(xié)同作用。2.發(fā)現(xiàn)Co(OH)2對(duì)二氧化碳還原反應(yīng)(C02RR)的催化作用,同時(shí)在其制備過程中引入鐵鹽制得的鈷鐵氧化物CFO,其中的鈷和鐵同樣也展現(xiàn)出了協(xié)同作用,對(duì)CO2還原展現(xiàn)出穩(wěn)定的催化性能:起始電位為-0.80 V,峰電流密度為-0.58 mA/ctrm2,15小時(shí)恒電位測(cè)試電流幾乎沒有衰減,主要還原產(chǎn)物為丙酮和甲醇。3.通過調(diào)控制備過程中所用到的表面活性劑的種類、用量來優(yōu)化CoOx催化劑在氧析出反應(yīng)(OER)中的性能,發(fā)現(xiàn)中性的PVP最有利于其活性的提升,電流密度10 mA/cm2處所需的過電位僅為378 mV,比加入陰離子型十六烷基磺酸鈉(AS)的催化劑降低了43mV。同時(shí),通過抗壞血酸對(duì)CoOx中的Co2+/Co3+比例進(jìn)行調(diào)控,發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)Co2+的相對(duì)含量越高則活性越好,說明Co2+是OER催化活性位點(diǎn)。優(yōu)化后的CoOx-P2V0.3是穩(wěn)定高效的OER催化劑,其在電流密度10 mA/cm2處所需的過電位僅為352 mV,且在10 h內(nèi)活性幾乎沒有衰減,具有良好的應(yīng)用前景。4.以MOF為前驅(qū)體原位構(gòu)筑了具有特殊微觀結(jié)構(gòu)的菱形十二面體的HER催化劑Co@Co3O4-NC。在中性電解液(pH～7)中,其電流密度達(dá)到10mA/cm2所需要的過電位為610 mV,恒電位電解12小時(shí)后電流密度僅有13%的衰減,比Pt/C更為穩(wěn)定。
【學(xué)位單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;TQ116.2
【部分圖文】：

圖１．１電催化劑驅(qū)動(dòng)的可持續(xù)能源體系遠(yuǎn)景１６１??Ｆｉｇｕｒｅｌ．ｌ?Ａ?ｌａｎｄｓｃａｐｅ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｉｓ－ｂａｓｅｄ?ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｙｓ?

（主要是有空原子ｄ軌道的金屬元素）發(fā)生配位作用，減�。迷雍停霸又g??的鍵能，從而削弱ｃｏ２分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，即降低ｃｏ２分子斷裂反應(yīng)的能壘，最??終催化整個(gè)電化學(xué)還原過程［１７］。圖１．２是元素周期表中可用于制作電化學(xué)還原??Ｃ０２催化劑的金屬元素示意圖。??目前，己被證實(shí)具有電催化還原二氧化碳的材料大致可分為以下四類：金屬??單質(zhì)與合金催化劑、金屬（氫）氧化物與硫化物催化劑、有機(jī)金屬絡(luò)合物催化劑??和其他新型催化劑。??３??

受到廣泛關(guān)注。Ｘｕ等人發(fā)現(xiàn)，除了改善Ｃｕ納米粒子的穩(wěn)定性，Ａｕ的加入同時(shí)??還能降低二氧化碳還原的過電位［２８］。其他不同的合金中也能發(fā)現(xiàn)這樣的協(xié)同效??應(yīng)，產(chǎn)生１＋１＞２的效果。如圖１．３所示，純Ｃｕ催化劑還原二氧化碳產(chǎn)生Ｃ０和??ＨＣＯＯＨ，其總的法拉第效率約為８８％，純Ｓｎ催化劑更傾向于析氫反應(yīng)，而當(dāng)??適量的Ｓｎ加入到Ｃｕ當(dāng)中形成合金時(shí)，卻可以抑制析氫，使得產(chǎn)Ｃ０的法拉第??效率超過９０％［２９］。最新的研宄報(bào)道顯示核殼結(jié)構(gòu)的材料對(duì)二氧化碳還原也具有??良好的催化活性。如圖１．４所示的核殼結(jié)構(gòu)，它的核心是Ａｇ３Ｓｎ，外殼是Ｓｎ０２，??構(gòu)成Ａｇ－Ｓｎ雙金屬催化劑，在－０．８?Ｖ?（ｖｓ．?ＲＨＥ）電勢(shì)下電催化還原Ｃ０２生成甲酸，??選擇性高達(dá)８０％［３（）］。??５??
【參考文獻(xiàn)】

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2 何為,唐先忠,王守緒,王磊;線性掃描伏安法與循環(huán)伏安法實(shí)驗(yàn)技術(shù)[J];實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù);2005年S1期

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本文編號(hào)：2853234