能源危機(jī)和全球氣候變暖是當(dāng)今世界面臨的兩大嚴(yán)峻問題。電催化二氧化碳還原反應(yīng)(CO₂RR)和氧還原反應(yīng)(ORR)是解決上述兩個問題的有效方法。研究表明在金屬材料中,Cu基材料是唯一一例可以驅(qū)動CO₂RR生成大量碳?xì)浠衔锏碾姶呋瘎�。但�?Cu基催化劑存在產(chǎn)物選擇性差和過電位過高的缺點,限制了其被廣泛應(yīng)用。因此,開發(fā)高效率、低成本和高選擇性的電催化劑對于實現(xiàn)高效的CO₂RR勢在必行。ORR是燃料電池的陰極反應(yīng),其緩慢的反應(yīng)動力學(xué)速度嚴(yán)重影響了燃料電池的整體效率,Pt基高效電催化劑可以克服這一缺點。但是,Pt稀有金屬的價格昂貴限制了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。因此,尋找替代Pt基催化劑的高效、廉價的催化劑來迫在眉睫。盡管許多材料被證明可以作為CO₂RR和ORR電催化劑。但是,在含水電化學(xué)反應(yīng)環(huán)境中,精準(zhǔn)地檢測表面吸附中間體仍然存在極大的挑戰(zhàn)。并且,由于反應(yīng)中間體數(shù)量過多、反應(yīng)路徑過于復(fù)雜,難以確定其路徑的有效性。密度泛函理論(Density Functional Theory,簡稱DFT)通過計算反應(yīng)過程中每一步...

【文章頁數(shù)】：97 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1–1ORR和CO2RR的概念聯(lián)系[1]

第一章引言社會中，人類使用能量的主要來源為燃燒化石燃料，化石燃料的過度氧化碳（CO2）的濃度持續(xù)增加，使得能源危機(jī)和全球變暖等問題日切需要開發(fā)新型、可再生能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)來確�？沙掷m(xù)的碳循環(huán)，其中原反應(yīng)（CO2RR）生成化學(xué)品和燃料被認(rèn)為是緩解全球氣候變暖和重要策略。目前，電化學(xué)....

圖1–2CO2轉(zhuǎn)化方法

）可通過其他可再生能源獲得（如太陽能，風(fēng)力發(fā)電等）等優(yōu)點，引起人們的極大[16-19]。

圖1–3電催化CO2還原過程及可能產(chǎn)物[18]

2圖1–3電催化CO2還原過程及可能產(chǎn)物[18]O2還原機(jī)理究反應(yīng)機(jī)理可以更深入理解CO2RR過程，為設(shè)計新型高效的C索和指導(dǎo)。實驗上，在含水電化學(xué)環(huán)境中檢測CO2RR中間體且由于中間體過多以及反應(yīng)路徑復(fù)雜使其難以確定路徑的有效

圖1–4還原CO2生成C1產(chǎn)物的反應(yīng)路徑

恰恰可以彌補這一短板，通過篩查每步基元反應(yīng)過程來揭示催化反應(yīng)機(jī)理。在種計算模型中[21-26]，由J.K.Nrskov課題組提出的線性自由能方法是目前研究最普遍的方法之一[22]�；谶@種方法，CO2RR機(jī)理已被逐步明確。通常COO是生成一氧化碳（CO）的重要中間體....

本文編號：3897433