化石能源的無(wú)節(jié)制使用產(chǎn)生了過(guò)量的二氧化碳（CO2）,打破了地球原有的碳循環(huán)平衡,加劇了全球氣候變暖、生態(tài)失衡等環(huán)境問(wèn)題的惡化。作為具有競(jìng)爭(zhēng)力的綠色能源轉(zhuǎn)換途徑,電催化或光催化技術(shù)可以將“廢料”CO2還原成小分子碳基燃料,有利于改善環(huán)境惡化和能源短缺等問(wèn)題。然而,已報(bào)道的CO2催化還原體系大多存在轉(zhuǎn)化效率過(guò)低等問(wèn)題,很難滿足實(shí)際應(yīng)用需求。同時(shí),C02還原體系中不僅存在析氫等副反應(yīng),還涉及了 C-O鍵斷裂、C-H、C-C鍵的生成等問(wèn)題,造成還原產(chǎn)物的成分過(guò)于復(fù)雜,難以在實(shí)際應(yīng)用中直接利用。因此,制備高活性、高選擇性且易于大規(guī)模生產(chǎn)的光電催化CO2還原材料具有重要的研究?jī)r(jià)值。本論文以單金屬位點(diǎn)催化劑作為材料基礎(chǔ),通過(guò)構(gòu)建理想的結(jié)構(gòu)模型來(lái)闡述材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能間的構(gòu)效關(guān)系,為設(shè)計(jì)高效的CO2光電還原體系和相關(guān)應(yīng)用提供新的途徑。論文研究?jī)?nèi)容如下:1、氮摻雜石墨烯負(fù)載單位點(diǎn)Snδ+實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的電催化還原CO2性能:以含量豐富且廉價(jià)的金屬錫為例,我們采用快速冷凍-真空干燥-鍛燒法成功地制備了公斤級(jí)產(chǎn)量的氮摻雜石墨烯負(fù)載單位點(diǎn)錫催化劑。同步輻射XAFS光譜和HAADF-STEM圖像表明Sn原子攜... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：139 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１原子分散型金屬催化劑（ＡＤＭＣｓ）、單位點(diǎn)催化劑（ＳＳＨＣｓ）和單原子催化劑（ＳＡＣｓ）??

?第１章緒論???ｓｕｒｆａｃｅ?ｒｅｄｏｘ?Ｉ＇ｅａｃｔｉｏｎ??Ａ??／?■?ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ??ｐｈｏｔｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ?／?Ｃ〇２（ａｄｓ）??ｃａｒｒｉｅｒ、？！?｜ｃ〇：?ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ??＼?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｉ?’??＼?＼?ｒｅａｃｔｉｖｅ?ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓ??Ｂ?ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ??ｌｉ２０?Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓ?＾??ｏｉｒｂｏａａｃｅｏｕｓ?ｆｕｅｌｓ??ｏ２??圖１．２光催化還原Ｃ０２反應(yīng)的示意圖。??１．２．３電催化反應(yīng)??電催化反應(yīng)是指在外加電場(chǎng)的作用下，借助電催化劑將反應(yīng)底物轉(zhuǎn)化成目標(biāo)??產(chǎn)物。該方法具有反應(yīng)過(guò)程易控制、催化轉(zhuǎn)化高效快速、易于放大生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，??有潛力成為一種“清潔”的低能耗資源轉(zhuǎn)化技術(shù)（圖１．３）。事實(shí)上，對(duì)于目前全球??變暖和能源短缺等問(wèn)題，一個(gè)理想的解決方案是將大氣中的Ｃ０２轉(zhuǎn)化成更高能??量密度的有機(jī)小分子，比如一氧化碳、甲酸、甲醇、甲烷等碳基能源。這種策略??不僅可以減少大氣中積累的Ｃ０２，而且可以產(chǎn)生燃料和有用的化工產(chǎn)品，進(jìn)而緩??解人類對(duì)化石燃料的嚴(yán)重依賴現(xiàn)狀【１７］。近年來(lái)，研究人員已開(kāi)發(fā)出各種Ｃ０２還??原方法，例如光化學(xué)、電化學(xué)、熱化學(xué)和生物化學(xué)等方法，并對(duì)相關(guān)Ｃ０２還原途??徑進(jìn)行了深入研宄。在這些方法中，利用可再生電流還原Ｃ〇２尤其吸引研宄者的??注意�？紤]電還原ｃｏ２方法具有較高的效率、可控的選擇性和簡(jiǎn)單的反應(yīng)單元等??特點(diǎn)，該轉(zhuǎn)化途徑具備工業(yè)應(yīng)用的潛力。此外，Ｃ〇２分子不僅結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定，而??且化學(xué)活性高度惰性，需要高效的電催化劑來(lái)促進(jìn)該緩慢的還原動(dòng)力學(xué)過(guò)程。因??此，通

?第１章緒論???大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用。相反，近年來(lái)異相催化劑具有合成簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、效率突??出等優(yōu)點(diǎn)，激發(fā)了研究人員越來(lái)越多的興趣，而且其對(duì)于大規(guī)模應(yīng)用也具有較大??潛力。然而，異相催化劑選擇性差和活性低等原因限制了其進(jìn)一步的發(fā)展應(yīng)用。??綜上，兼具均相催化劑與異相催化劑優(yōu)勢(shì)的單位點(diǎn)電催化劑是實(shí)現(xiàn)ｃｏ２高效還??原的理想候選材料。??圖１．３電催化還原Ｃ０２應(yīng)用示意圖。??１．３單位點(diǎn)催化劑的金屬－載體相互作用??１．３．１金屬－載體相互作用??已有研究表明，金屬－載體相互作用（ＳＭＳＩ）能夠顯著影響催化劑的催化行??為和相關(guān)性能［３４］。Ｇａｒｔｅｎ等人于１９７８年在相關(guān)工作中報(bào)道了?ＳＭＳＩ，并證實(shí)這??種相互作用會(huì)顯著影響催化活性、選擇性和穩(wěn)定性Ｐ１。眾所周知，金屬納米粒子??在載體表面的尺寸、形貌和取向不均勻。因此，要在原子級(jí)別的尺度上揭示反應(yīng)??機(jī)理和催化活性的內(nèi)在聯(lián)系，并定量描述金屬－載體相互作用的化學(xué)本質(zhì)是一個(gè)??相當(dāng)困難的問(wèn)題。值得注意的是，近年來(lái)發(fā)展的單位點(diǎn)催化劑其特殊的結(jié)構(gòu)為??ＳＭＳＩ的研宄提供了平臺(tái)。當(dāng)載體表面負(fù)載的納米顆粒的尺寸縮小至單個(gè)原子時(shí)，??金屬原子與載體之間的相互作用產(chǎn)生的效應(yīng)就越明顯。這種情況下，單位點(diǎn)催化??劑的金屬－載體相互作用是由單原子金屬與載體之間的化學(xué)鍵作用產(chǎn)生的。同時(shí)，??金屬－載體相互作用對(duì)單位點(diǎn)催化劑的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生重要影響，從??而優(yōu)化單位點(diǎn)催化劑的催化性能ｌ３Ｗ８ｌ。此外，金屬－載體相互作用還可以穩(wěn)定分??散在載體上的金屬單原子，防止孤立的金屬單原子在合成和反應(yīng)條件下聚集，從??５??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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