自工業(yè)革命以來,化石燃料燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳（CO2）排放量早已超過了其自然循環(huán)能力,導致了溫室效應等一系列的全球性環(huán)境問題。為了降低空氣中二氧化碳濃度和緩解能源危機,實現(xiàn)碳的循環(huán)利用,將二氧化碳在可再生能源作用下還原為高能量密度碳基化合物是最有前景的方法之一。其中,電化學還原二氧化碳（e-CO2RR）具有反應過程常溫常壓下可控、反應體系緊湊、易于規(guī)�；I(yè)化等優(yōu)點,引起了廣泛關(guān)注。研究表明,銅和銅基催化劑擁有獨特的將CO2還原為碳氫燃料和化學品的能力,但是該類催化劑的還原產(chǎn)物眾多,選擇性不強,其中乙烯（C2H4）作為二碳還原產(chǎn)物,因能量密度和商業(yè)價值遠遠高于甲烷（CH4）等一碳還原產(chǎn)物,而成為人們關(guān)注的焦點。本論文試圖從增加催化劑暴露的活性位點數(shù)量和提高催化劑固有活性兩方面,采用納米結(jié)構(gòu)化法、氧化法和表面修飾法的綜合手段來對銅基催化劑進行改性,以獲得較佳的乙烯法拉第效率和選擇性。具體的研究工作分為以下兩個方面:（1）為了增加催化劑暴露的活性位點數(shù)量,并改善銅基催化劑的固有活性,提升CO2電催化還原對C2H4產(chǎn)物的選擇性,本論文結(jié)合氫氣泡動態(tài)模板法和熱退火表面銅氧化物來提高催化劑活性,... 

【文章來源】：華中師范大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?Ｃ〇２在催化劑表面電還原成一氧化碳、甲烷、乙烯和乙醇的反應路徑??在所有具有還原ｃｏ２能力的金屬催化劑中，銅被認為是理想的情況下的平衡反??

自單獨的金屬都不同［４９］。??Ｓｅｕｎｇｈｗａ?Ｌｅｅ等人制備了銀－氧化亞銅（Ａｇ－Ｃｕ２〇）電極，使電化學ＣＣｈ還原選擇性合??成乙醇，并揭示了提高乙醇選擇性的關(guān)鍵因素Ｍｌ。Ｈａｔｓｕｋａｄｅ等人報道了?ＡｇＺｎ合??金催化ＣＨ４和ＣＨ３ＯＨ的生成【５１］。??１．４氫氣泡動態(tài)模板法簡介??Ｌｉｂｅｒａｔｅｄ?Ｈ－，?ｂｕｂｂｌｅｓ?Ｃ?ｕ?Ｂａｔｈ??、Ｃｕ?ｄｅｐｏｓｉｔ?????１?■—■＂—■—■＿＿丨＿丨■＿＿＿丨丨＿＊?Ｉｎｃｒｅａｓｉｎ？?ｔｉｍｅ??圖１．２氫氣泡動態(tài)模板法用于制備泡沫銅的形成機理Ｎｌ．??利用氫氣泡動態(tài)模板法（ＤＢＨＴ）制備出的表面多孔泡沫銅是一種具有特殊的物??理化學性質(zhì)的優(yōu)質(zhì)電極材料，具有孔隙率高、內(nèi)表面積大、機械強度好、導電性好??等特點。圖１．２所示的示意圖是利用氫氣泡動態(tài)模板法電沉積多孔泡沫銅過程中，??泡沫金屬銅形成過程的簡化描繪。其基本機理是金屬銅的電化學沉積的同時，伴隨??著由于負極板上施加了極大的負偏壓，從而導致的氫氣泡的劇烈產(chǎn)生，氫氣泡出現(xiàn)??的地方由于沒有金屬離子，就不會產(chǎn)生金屬離子的沉積，使得在典型的電沉積過程??９??

碩士學位論文??ＭＡＳＴＥＲ?Ｓ?ＴＨＨＳ．Ｓ???銅納米線（ＣｕＯ?ＮＷｓ）電極，用于高效選擇性電化學還原Ｃ０２，發(fā)現(xiàn)其在低的過電位??下對二碳產(chǎn)物的形成具有優(yōu)異的選擇性。相關(guān)機理研究發(fā)現(xiàn)這種較好的催化性能歸??因于在催化劑表面由于多孔基底上的納米線結(jié)構(gòu)帶來的較大電化學活性表面積和??氧化態(tài)后對于選擇性的改善。??如圖２．１所示，是氧化銅納米線（ＣｕＯ?ＮＷｓ）結(jié)構(gòu)的合成路徑示意圖。首先通過??便捷且高效的氫氣泡動態(tài)模板法（ＤＢＨＴ），在銅箔襯底上生長純相泡沫銅，其具有的??三維多孔高比表面積結(jié)構(gòu)非常適合用作基底。如圖中的局部視圖所示，泡沫銅的微??結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)納米枝晶狀，具有豐富的表面活性位點和高比表面積。然后在電化學環(huán)境??中氧化為Ｃｕ（ＯＨ）２前驅(qū)體，可以觀察到，其微形貌己經(jīng)在原有的枝晶結(jié)構(gòu)基礎上，??生長出納米線結(jié)構(gòu)。最后，在熱退火的驅(qū)動下，將Ｃｕ（ＯＨ）２納米線前驅(qū)體還原為氧??化銅納米線（ＣｕＯ?ＮＷｓ）結(jié)構(gòu)，保留了前驅(qū)體中的微結(jié)構(gòu)和表面活性位點，活化了其??催化性能，提升了二碳產(chǎn)物選擇性。研宄其電催化還原Ｃ０２對于二碳產(chǎn)物形成的優(yōu)??異選擇性和活性。??Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?Ａｎｎｅａｌ??（＇ｌｌ?ｆｏｉｌ?Ｃ?ｕ?ｆｏａｍ?Ｃｕ（ＯＵ）２?ＮＷｓ?ＣｕＯ?ＮＷｓ??圖２．１氧化銅納米線（ＣｕＯ?ＮＷｓ）電催化劑的合成路徑示意圖．??１４??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]二氧化碳電化學還原的研究進展[J]. 白曉芳,陳為,王白銀,馮光輝,魏偉,焦正,孫予罕.  物理化學學報. 2017(12)



本文編號：3562084