隨著對化石能源使用的增加,CO2排放逐年攀升,其導(dǎo)致的溫室效應(yīng)等環(huán)境問題日趨嚴(yán)重。提高可再生能源占比是實現(xiàn)碳減排的重要途徑。可再生能源如風(fēng)、光等發(fā)的電難以直接并入電網(wǎng),導(dǎo)致棄電嚴(yán)重。利用可再生能源電解水制氫,與排放的CO2反應(yīng)合成液體燃料,可以實現(xiàn)電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。以甲醇為代表的液體燃料,其能量密度遠(yuǎn)高于電池和高壓燃?xì)?而且其存儲和使用也更為方便、安全。因此,利用CO2和過量電能合成高能量密度、易儲存的液體燃料,有望解決可再生能源并網(wǎng)的不穩(wěn)定性難題,提高可再生能源的利用率。CO2的碳氧鍵長僅為1.16 A,具有高度的穩(wěn)定性,很難被活化。然而,我們不宜通過直接提高溫度的方法來活化CO2,這是因為CO2加氫制液體燃料為放熱反應(yīng),高溫不利于為提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和液體產(chǎn)物的平衡選擇性。因此,CO2加氫反應(yīng)中的關(guān)鍵科學(xué)問題為如何設(shè)計能夠高效活化CO2的催化劑。針對這一關(guān)鍵科學(xué)問題,我所在的課題組提出了“構(gòu)筑對稱破缺活性中心活化非極性CO2分子”的催化劑設(shè)計理念。從電子結(jié)構(gòu)角度而言,對稱破缺活性中心存在電荷密度梯度,能夠形成局域極化場,以極化非極性的CO2分子,從而促進(jìn)CO2的活化。從吸附構(gòu)... 

【文章頁數(shù)】：110 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 CO_2加氫反應(yīng)的研究意義
        1.2.1 碳循環(huán)的應(yīng)用
        1.2.2 氧循環(huán)的應(yīng)用
    1.3 CO_2加氫反應(yīng)的研究現(xiàn)狀
        1.3.1 CO_2活化模式
        1.3.2 CO_2加氫反應(yīng)“描述符”
        1.3.3 CO_2加氫制C_1產(chǎn)物的反應(yīng)機(jī)制和催化劑
        1.3.4 CO_2加氫制C_(2+)產(chǎn)物的反應(yīng)機(jī)制和催化劑
    1.4 對稱破缺活性中心對CO_2的活化機(jī)制
    1.5 本課題主要研究內(nèi)容
第2章 局域?qū)ΨQ破缺活性中心的構(gòu)筑及表征
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 實驗試劑
        2.2.2 儀器設(shè)備
        2.2.3 實驗方法
    2.3 催化劑結(jié)構(gòu)表征
        2.3.1 催化劑幾何結(jié)構(gòu)表征
        2.3.2 催化劑電子結(jié)構(gòu)表征
    2.4 本章小結(jié)
第3章 局域?qū)ΨQ破缺活性中心CO_2加氫反應(yīng)的催化性能
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 儀器設(shè)備
        3.2.2 催化測試
        3.2.3 穩(wěn)定性測試
    3.3 結(jié)果與分析
        3.3.1 局域?qū)ΨQ破缺與對稱活性中心的CO_2加氫反應(yīng)性能比較
        3.3.2 局域?qū)ΨQ破缺活性中心的CO_2加氫反應(yīng)穩(wěn)定性研究
    3.4 本章小結(jié)
第4章 局域?qū)ΨQ破缺活性中心對CO_2的活化機(jī)制
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 儀器設(shè)備
        4.2.2 原位譜學(xué)表征
    4.3 結(jié)果與分析
        4.3.1 Pt-O-H對稱破缺活性中心的形成
        4.3.2 Pt-O-H對稱破缺活性中心對CO_2的活化機(jī)制
    4.4 本章小結(jié)
第5章 近鄰局域?qū)ΨQ破缺活性中心的構(gòu)筑及表征
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 實驗試劑
        5.2.2 儀器設(shè)備
        5.2.3 實驗方法
    5.3 催化劑結(jié)構(gòu)表征
        5.3.1 催化劑幾何結(jié)構(gòu)表征
        5.3.2 催化劑電子結(jié)構(gòu)表征
    5.4 本章小結(jié)
第6章 近鄰局域?qū)ΨQ破缺活性中心CO_2加氫反應(yīng)的催化性能
    6.1 引言
    6.2 實驗部分
        6.2.1 儀器設(shè)備
        6.2.2 催化測試
        6.2.3 穩(wěn)定性測試
    6.3 結(jié)果與分析
        6.3.1 孤立與近鄰局域?qū)ΨQ破缺活性中心的CO_2加氫反應(yīng)性能比較
        6.3.2 近鄰局域?qū)ΨQ破缺活性中心的CO_2加氫反應(yīng)穩(wěn)定性研究
    6.4 本章小結(jié)
第7章 近鄰局域?qū)ΨQ破缺活性中心對CO_2的活化機(jī)制
    7.1 引言
    7.2 實驗部分
        7.2.1 儀器設(shè)備
        7.2.2 原位譜學(xué)表征
        7.2.3 理論計算
    7.3 結(jié)果與分析
        7.3.1 孤立Pt-S-H對稱破缺活性中心對CO_2的活化機(jī)制
        7.3.2 近鄰Pt-S-H對稱破缺活性中心對CO_2的活化機(jī)制
    7.4 本章小結(jié)
第8章 總結(jié)與展望
    8.1 全文總結(jié)
    8.2 本文創(chuàng)新點
    8.3 研究工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]CO2 activation on bimetallic CuNi nanoparticles[J]. Natalie Austin,Brandon Butina,Giannis Mpourmpakis.  Progress in Natural Science:Materials International. 2016(05)
[2]The XAFS beamline of SSRF[J]. 于海生,魏向軍,李炯,顧頌琦,張碩,汪麗華,馬靜遠(yuǎn),李麗娜,高倩,司銳,孫凡飛,王宇,宋飛,徐洪杰,余笑寒,鄒楊,王建強(qiáng),姜政,黃宇營.  Nuclear Science and Techniques. 2015(05)



本文編號：3695699