CO2電化學催化還原

不同預處理方法銅電極電催化復原CO2的比較研究匯報人：主要內容研究背景及意義研究內容與測試方法實驗結果討論下一步進度安排研究背景及意義研究背景及意義72%研究背景及意義研究背景及意義減少二氧化碳排放的技術？不能從根本解決問題研究背景及意義二氧化碳復原技術微生物燃料電池技術光催化復原技術加氫氣整合技術電催化復原技術主要的復原產物：碳氫化合物氫氣一氧化碳研究背景及意義能源危機時間爆發(fā)原因1973阿拉伯國家不滿西方國家支持以色列而采取石油禁運導致危機1979伊朗革命爆1990波斯灣戰(zhàn)爭2004投機炒作及美元貶替代能源：燃料電池甲醇生物燃油(玉米制酒精〕生物能太陽能潮汐能和風能等研究內容與實驗方法研究內容研究內容與實驗方法實驗方法質子交換膜H+CO2復原產物CEWERE

電化學工作站三電極體系電化學催化復原CO2研究內容與實驗方法實驗步驟研究內容與實驗方法1、電極的制備500℃煅燒12hSource:Christinaetal.J.Am.Chem.Soc.

(2012)Source:Renetal.Elechem.Soc.

(2011)研究內容與實驗方法1、電極的制備基底電極：純銅電極在500℃下煅燒12h,得到Cu2O薄膜，經復原后為實驗使用的基底電極。Cu/Cu2O：在制備好的基底電極上電沉積Cu2O薄膜采用醋酸銅體系，-0.2V恒電位沉積。研究內容與實驗方法1、電極的制備Cu/In/Cu2O:采用硫酸鹽體系電鍍In,然后再在In外層用同樣方法電沉積Cu2O500℃煅燒12hCu2O薄膜復原InCu2OCu2O硫酸鹽體系電沉積醋酸銅體系電沉積研究內容與實驗方法2、電解液的選擇與預處理采用0.5MNa2SO4與0.5MKHCO3

SO42-與Na+電解產物的法拉第效率高，HCO3-和K+產甲酸的速率快預處理：電解液進行預電解

電解液進行預電解可有效緩解催化劑鈍化的現(xiàn)象Source:Wuetal.Elechem.Soc.

(2012)Source:Horietal.Electrochimica.Acta.

(2005)研究內容與實驗方法3、表征測試技術表面測試技術電化學測試技術XRD：檢測電極表面催化劑的元素信息CV：表征催化劑對CO2的催化性能SEM：觀察電極表面微結構及催化劑尺寸LSV：計算電子傳遞系數(shù)和交換電流密度XPS：獲取催化劑的內層電子信息EIS：利用電阻抗譜圖嘗試分析還原機理RDE：計算限制性步驟的電子轉移RRDE：得到每一步驟電子轉移的復原產物信息Koutecky-Levich公式：Source:Liuetal.Angew.ChemInt.Ed.

(2010)研究內容與實驗方法合成納米催化劑Source:Wuetal.Angew.ChemInt.Ed(2007)Source:Tanetal.NanoLett.Vol

(2007)難點及存在問題CO2

成鍵方式C原子的兩個sp雜化軌道分別與一個O原子生成兩個σ鍵C原子上未雜化的p軌道與sp雜化軌道成直角，從側面同氧原子的p軌道分別肩并肩地發(fā)生重疊，生成兩個∏三中心四電子的離域鍵。縮短了碳—氧原子間地距離，使CO2中碳氧鍵具有一定程度的三鍵特征CO2具有熱力學穩(wěn)定性和動力學惰性難點及存在問題CO2復原過程可能的反響CO2+e-→CO2●-Eo=-1.90V(1)CO2+2H++2e-→CO+H2OEo=-0.53V(2)CO2+2H++2e-→HCO2HEo=-0.61V(3)CO2+4H++4e-→HCHO+H2OEo=-0.48V(4)CO2+6H++6e-→CH3OH+H2OEo=-0.38V(5)CO2+8H++8e-→CH4+H2OEo=-0.24V(6)2H++2e-→H2Eo=-0.41V(7)限制性步驟難點及存在問題Source:Schneideretal.Chem.Sco.Rev(2012)難點及存在問題選In作為催化劑的原因In的析氫電位高，可有效防止氫氣的析出，對CO的吸附力較強，可有效減少CO的法拉第效率第一限制性步驟的氧化復原電位減少至-1.6V金屬產物In、Sn、Hg、Pb選擇性還原產物為甲酸Zn、Au、Ag產物為COCu還原為碳氫化合物、乙醇、草酸等的催化效率高Al、Ga、第八族（Pd）催化效率低難點及存在問題Cu2O具有弱氧化性Cu離子的氧化復原電位稍正于CO2的氧化復原電位，Cu2O先于CO2復原為Cu氧化亞銅易被碳、氫、一氧化碳、碳氫化合物復原成金屬銅Cu2O不穩(wěn)定

Cu2O在潮濕的空氣中易被氧化為CuOCu2O被復原為Cu，呈現(xiàn)Cu的催化活性，導致催化劑失活制備好的電極可能在樣品檢測過程中外表物質元素信息會發(fā)生變化難點及存在問題實驗室缺少做RDE或RRDE的裝置與配件電化學工作站760D〔2個月左右〕旋轉圓盤轉子〔美國PINE公司〕無法得知CO2與金屬催化劑反響時如何接觸反響Cu原子外表CO2難點及存在問題難點及存在問題復原產物的采集與檢測氣態(tài)復原產物主要為CO、H2、CH4、C2H4、甲醇、乙醇等，實驗室無法進行氣體檢測復原產物量極少，取樣過程可能會存在誤差氣體產物的排放高純CO2使用平安本卷須知Henry定律：P=kx通過該定律計算氣態(tài)產物中甲醇的含量研究進度安排時間事項安排6月—8月查閱文獻，了解課題研究前沿，初步確定課題研究方向8月—10月根據(jù)既定方向，查閱文獻，確定實驗方案，實驗材料及實驗裝置定做購買10月—12月進一步閱讀文獻，完善實驗方案，開始實驗12月—13年1月根據(jù)實驗結果，處理實驗數(shù)據(jù)，寫文章1月—2月文章修改，確定下一實驗方案3月—4月開始實驗，文章撰寫研究進度安排已完成內容實驗方案確定實驗材料、實驗裝置購置實驗電化學技術參數(shù)確定電極制備THANKS研究背景及意義微生物燃料電池技術Source:Mariannaet.,Bio.Technol.(2010)發(fā)生反響:CO2+8H++8e→CH4+2H2O存在問題：1、膜污染、老化問題嚴重2、缺少高效菌種