论文部分内容阅读
二氧化碳排放过量导致了全球变暖问题愈加严重。利用和转换二氧化碳来生产燃料和增值化学品,特别是通过电化学还原,是缓解这种情况的一个有效战略。电化学二氧化碳还原(ECR)可以通过将二氧化碳转换技术与可再生的间歇性能源(如风能和太阳能)相结合来实现,从而实现潜在的碳中性经济。在过去的几年里,人们付出了巨大的努力来寻找和设计各种用于还原CO2的电催化剂。许多文章报道了使用不同材料的ECR。例如,利用金、银、钯等贵金属将CO2还原为一氧化碳(CO),而锡、铅、铋等主族金属催化剂则有利于生成酸性物质(HCOOH)。还有铜能高效地把CO2还原成CO、HCOO-,氢气以及碳氢化合物。考虑到Cu在ECR中的独特之处,大家在提高Cu材料对ECR的选择性方面进行了很多的研究。(1)本文利用湿化学法制备了用金属(Bi、Sb、Cd、Zr)氧化物对CuO进行改性,形成具有高效ECR性能的双金属氧化物复合材料。特别是固定在炭黑(CB)上的CuO-Sb2O3纳米粒子,可以在低电势下提高ECR选择性。CO的法拉第效率(FE)高达90.0%。相比于纯CuO或纯Sb2O3,CO的选择性有很大提高。利用两种不同成分、界面接触和微观结构的金属氧化物相互作用,CuO-Sb2O3/CB催化剂的产物法拉第效率可以很容易地进行调整。推断ECR活性增强与两种金属氧化物间的强相互作用有关。本文还进行了许多结构表征(电子显微镜等)与电催化性能研究(电化学工作站等)。(2)在本研究中,我们合成了一个有代表性的铜-金属-有机骨架Cu(TPA)(DMF)(TPA:1,4-对苯二甲酸,DMF:N,N-二甲基甲酰胺)电催化剂,可以通过改变超声温度,不同溶剂和前驱体的摩尔比等来改善ECR产物选择性。其中,碳氢化合物的FE为72.9%,乙烯(C2H4)的FE为50.0%,总电流密度为12.0 mA cm-2。本工作提出了一种在能源和催化领域配置MOF基材料的有效策略,其优点是表面积大、暴露的活性位点多。