電催化和光電催化二氧化碳（CO2）還原技術(shù)是固定和利用CO2的有效途徑,對于緩解全球變暖和能源危機(jī)具有重要意義。盡管科學(xué)家們在該領(lǐng)域己經(jīng)做出許多工作,但是更高效的CO2還原催化體系仍有待開發(fā)。本論文緊緊圍繞電化學(xué)CO2還原目前所面臨的關(guān)鍵問題展開研究,從電催化和光電催化兩個(gè)方面提出了三種CO2固定和利用的新策略:1.鑒于大多數(shù)先前報(bào)道的光電催化體系中半導(dǎo)體和助催化劑之間的界面問題,作者提出了一種全新的鉍離子（Bi3+）輔助的化學(xué)刻蝕方法,實(shí)現(xiàn)了金屬鉍助催化劑在硅表面的原位沉積。通過這種方法制備的硅/鉍（Si/Bi）光電陰極具有較低的CO2還原過電勢,其光電流密度在半個(gè)太陽光強(qiáng)度下達(dá)到約10 mA/cm2,并且其甲酸法拉第效率高達(dá)90%。此外,作者通過引入光刻法對光電陰極進(jìn)行圖案化,實(shí)現(xiàn)了硅表面三分之一面積的裸露。實(shí)驗(yàn)證明圖案化的光電陰極的光電流密度能夠進(jìn)一步提高到約12 mA/cm2,同時(shí)其甲酸法拉第效率也沒有因此降低。2.甲酸（或甲酸鹽）被認(rèn)為是目前最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的CO2還原產(chǎn)物之一。然而,目前CO2還原產(chǎn)甲酸的電催化劑的活性和選擇性較低的現(xiàn)狀嚴(yán)重限制了電催化CO2還原技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用... 

【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?（ａ）大氣中二氧化碳濃度隨年份變化圖：（ｂ）地球溫度波動幅度隨年份變??化圖⑴

祕基催化劑在（光）電催化二氧化碳還原產(chǎn)甲酸中的應(yīng)用?第１章??國?ｍｓＭ??．＇、一－’??？ｆ－＾ｇ＾ｆＢ＂，？＞？＞，，＞?ＨＤＨ??Ｏｉｌ?Ｎａｔｕｒａｌ?Ｂｉｏ－?Ｃｏａｌ?ＣＯ，?ｎ?ａｆｔｔｍｓｔｉｖｔ?Ｉ?，：?；?ｌｉｒ?Ｊ＇?ｆ??ｇａｉ?ｎｕｕ?ｃａｒｂｏｎ?ｔｏｕｒｃ＊??Ｎｅｃｅｓｓａｒｙ?ｂｕｔ?Ｍａｒｋｅｔ－ｄｒｉｖｅｎ??ｃｏｓｔｌｙ?ａｐｐｒｏａｃｈ??Ｓｏｕｔｃ?Ｃｌ？ｒ％Ｓ？ａＣｈｔｍ＜?２”《，？，？＇Ｉ？４Ｃ??圖１．３碳中和技術(shù)應(yīng)用的幾個(gè)實(shí)例ｍ。??圖１．３給出了幾個(gè)碳中和技術(shù)應(yīng)用的實(shí)例。如圖所示，綠色植物是自然界中吸??收Ｃ０２最強(qiáng)大的武器。綠色植物通過光合作用，利用光能吸收Ｃ０２并將其轉(zhuǎn)化為??有用的葡萄糖貯存起來，同時(shí)釋放氧氣。這一過程是地球維持碳循環(huán)平衡中至關(guān)??重要的一環(huán)。但是植物的光合作用能量利用效率極低，只有百分之一左右，并且??這一過程十分受限于不穩(wěn)定的光照條件。所以，人工捕獲二氧化碳并長期埋存的??技術(shù)（ＣＣｈｃａｐｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｓｔｏｒａｇｅ）和人工捕獲二氧化碳并轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的產(chǎn)品的技術(shù)??（ＣＣｈｃａｐｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）是另外兩種必小少的碳中和技術(shù)。其中，碳捕獲和??埋存技術(shù)雖然見效快，可操作性強(qiáng)，但從長遠(yuǎn)看來，成本巨大并且存在潛在危險(xiǎn)??性，所以這并不是一種可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)。而二氧化碳利用技術(shù)（Ｃ〇２?ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ??ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）作為一種市場驅(qū)動的ＣＣｈ利用途徑雖然尚未得到太多關(guān)注，但在未來??的碳中和實(shí)踐中具有無限的潛力。這主要有三方面的原因：首先，發(fā)展Ｃ０２利用??技術(shù)可以

第１章?秘基催化劑在（光）電催化二氧化碳還原產(chǎn)甲酸中的應(yīng)用??〇－?°、、Ｐ－??ｒ?Ｃ－Ｃ??？Ｓ、，?ｏ＇?ｔ??〇／?－??７?，（）??〇?＋ｅ?Ｏ?ＣＯ，?〇＿／?——?Ｃ－Ｏ?－?ＣＯ；??Ｍ?－＿？－?．ｒ‘?－?－?ｙ?＼＼?ｏｒ?＋?ｅ－??Ｓ?°??Ｏ?〇?＇〇??乂，?〇－??ＯＨ，?＼?－Ｃ??－、，０－Ｕ?＾?０??？Ｃ??＞－?Ｈ－Ｃ??０?０ｒ?＋?ｅ＂?Ｖ〇??圖１．５在惰性電極上發(fā)生的直接二氧化碳電化學(xué)還原丨｜７】。??當(dāng)電化學(xué)Ｃ０２還原反應(yīng)中引入催化劑時(shí)，Ｃ０２分子與催化劑之間通過化學(xué)鍵作??用在表面形成化學(xué)吸附，并且催化劑的存在還可以穩(wěn)定Ｃ０２還原反應(yīng)的中間體，??使反應(yīng)的活化能大幅降低，從而導(dǎo)致反應(yīng)的過電勢降低。與此同時(shí)，由于催化劑??種類的不同，催化劑與Ｃ〇２及反應(yīng)中間體的相互作用力之間存在差異，最終導(dǎo)致??反應(yīng)的路徑不盡相同，產(chǎn)物的選擇性發(fā)生改變％?｜８１。催化劑與反應(yīng)中間體之間結(jié)??合的強(qiáng)弱，是影響催化反應(yīng)進(jìn)程的重要因素。如果催化劑與反應(yīng)中間體的結(jié)合作??用太強(qiáng)，會造成催化劑表面活性位點(diǎn)被屏蔽和遮擋，從而導(dǎo)致催化劑中毒失去活??仲。反之，如果催化劑與反應(yīng)中間體的結(jié)合作用太弱，則會使反應(yīng)難以繼續(xù)進(jìn)行。??因此，催化劑與反應(yīng)中間體之間的結(jié)合作用不能太強(qiáng)也不能太弱，需要維持在一??個(gè)合適的狀態(tài)［１９１。??１．３．３電催化二氧化碳還原的理論研究??基于這一原理，科學(xué)家們將催化劑與Ｃ０２還原反應(yīng)中間體的結(jié)合能力強(qiáng)弱定義??為…個(gè)丨０來描述Ｃ〇２還原催化劑活性的描述符（ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ）。并兒根據(jù)結(jié)合能力??的強(qiáng)弱，可以統(tǒng)計(jì)出一


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