CO2電化學(xué)催化還原

1、不同預(yù)處理方法銅電極電原C02的比較研究主要內(nèi)容研究背景及意義研究內(nèi)容與測試方法實驗結(jié)果討論下一步進(jìn)度安排究背景及意義研究背景及意義390孑:CarbonDioxide(ludd)uo三一Es七80360350330198219861(Transportationfuels14.0%72%MlAnnualGreenhouseGasEmissionsbySectorIndust詢16E%processesFossilfuelretrieval,processing,anddistributionPowerstations21.3%Wastedisposalandtreatment3.4%103%

2、Residential,commercial,andothersourcesSource: HYPERLINK /wiki/CO2 /wiki/CO2研究背景及意義究背景及意義減少二氧化碳排放的技術(shù)?C02轉(zhuǎn)化還原技術(shù)C02捕獲貯存技術(shù)/二研究背景及意義嚴(yán)二氧化碳還原技術(shù)A微生物燃料電池技術(shù)A光催化還原技術(shù)A加氫氣整合技術(shù)A電催化還原技術(shù)主要的還原產(chǎn)物:碳?xì)浠衔锖袣庋趸?973197919902004:si-sw倉黑M-s黙Source:hRp:vzhwiku研究內(nèi)容與實驗方法廠研究內(nèi)容3、通過電化學(xué)測試方法,研究討論CO?還原的電子轉(zhuǎn)移機(jī)制或機(jī)理2、對比分析催化劑表面微結(jié)構(gòu)對還原產(chǎn)物和法

3、拉第效率的影響1、選擇使用法拉第效率高的催化劑,選擇性還原CO?為甲醇或甲酸實驗方法電化學(xué)工作站CE00O_|WERE還原產(chǎn)物C02質(zhì)子交換膜三電極體系電化學(xué)催化還原co實驗步驟電解液預(yù)處理電極制備電化學(xué)方法測試CV、LSV等電極表面表征Source:RenetaLElechem.Soc.(2011)Source:ChristinaetaLJ.Am.Chem.Soc.(2012)廠1、電極的制備基底電極：純銅電極在500C下鍛燒12h,得到C1I2O薄膜,經(jīng)還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CU2。薄膜采用醋酸銅體系，-0.2V恒電位沉積。研究內(nèi)容與實1、電

4、極的制備Cu/ln/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皿。Cu500C鍛燒12hCUqO薄膜CU2。薄膜還原CuInCu2O硫酸鹽體系電沉積Cu2O醋酸銅體系電沉積研究內(nèi)容與實驗方法2、電解液的選擇與預(yù)處理采用0.5MNa2SO40.5MKHCO3SO42與Na+電解產(chǎn)物的法拉第效率高,HCO3和K十產(chǎn)甲酸的速率快Source:WuetaLElechem.Soc.(2012)預(yù)處理：電解液進(jìn)行預(yù)電解電解液進(jìn)行預(yù)電解可有效緩解催化劑鈍化的現(xiàn)象Source:HorietaLElectrochimica.Acta.(2005)3、表征測試技術(shù)表面測試技術(shù)電化學(xué)測試技術(shù)竺

5、丄簣測電極表面催化劑Koutecky丄evich公式:SEM:觀察電極表面微結(jié)構(gòu)催化劑尺寸11Bw1/2+111=+JJ.hXPS:獲取催化劑的內(nèi)層電匚信息B=0.62nFQ(D0)2/3v4/6h二nFkC。Source:LiuetaLAngew.ChemInt.Ed.(2010)Source:WuetaLAngew.ChemInt.Ed(2007).研究內(nèi)容與實驗方法1-合成納米催化劑Source:TanetaLNanoLett.Vol(2007)難點及存在問題廠C02成鍵方式C原子的兩個sp雜化軌道分別與0原子生成兩個。鍵C原子上未雜化的p軌道與sp雜化軌ma角,從側(cè)面同氧原子的p軌道分

6、別肩并肩地發(fā)生重疊,生成兩/個三中心四電子的離域/鍵?？s短了碳一氧原子間地距離,使C02中碳氧鍵具有一定程度的三鍵特征C6的比例模型C02具有熱力學(xué)穩(wěn)定性和動力學(xué)惰性二氧化碳分子構(gòu)型：直線形分子Source: HYPERLINK /wiki/CO2 /wiki/CO2石難點及存在問題C02還原過程可能的反應(yīng)限制性步驟CO?+e-CO?Eo=-1.90V(1)2H+2e-fH2Eo=-0.53VEo=-0.61VEo=-0.48VEo=-0.38VEo=-0.24VEo=-0.41V(2+2H+2ejCO+HqO+2H+2eHCO2H+4H+4e-HCHO+H2O+6H+6e-CH3OH+H2O

7、+8H+8e-CH4+H2O?=.5芒=*=:.難點及存在砲Source:SchneideretaLChem.Sco.Rev(2012)難點及存在問題金屬In、Sn.Hg.PbZn、Au.AgCuALGa.第八族(Pd)產(chǎn)物選擇性還原產(chǎn)物為甲酸產(chǎn)物為co還原為碳?xì)浠衔铩⒁掖?、草酸等的催化效率高催化效率低選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(qiáng)，可有效減少co的法拉第效率-第一限制性步驟的氧化還原電位減少至-1.6VF-CU2。具有弱氧化性業(yè)0被還原為Cu,呈現(xiàn)Cu的催化活性導(dǎo)致催化劑失活-Cu離子的氧化還原電位稍正于CO?的氧化還原電位，CuQ先于

8、CO湖為Cu-氧化亞銅易被碳、氫、一氧化碳、碳?xì)浠衔镞€原成金屬銅CUqO不穩(wěn)定制備好的電極可能在樣品檢測過程中表面物質(zhì)元素信息會發(fā)生變化-CuQ在潮濕的空氣中易被氧化為CuO實驗室缺少做RDE或RRDE的裝置與配件1!-電化學(xué)工作站760D（2個月左右）-旋轉(zhuǎn)圓盤轉(zhuǎn)子（美國PINE公司）無法得知CO?與金屬催化劑反應(yīng)時如何接觸反應(yīng)Cu原子表難點及存在問題0008006004002000BindingEnergy/eVCu0C21%51%28%0)O訶CPS1000800600400BindingEnergy/eVCu45%O39%C16%2000Source: HYPERLINK 難點及存在

9、問題還原產(chǎn)物的采集與檢測一氣態(tài)還原產(chǎn)物主要為co、h2sch4.C2H4s甲醇、乙醇等,實驗室無法進(jìn)行氣建檢測-還原嚴(yán)物量極少/取樣過程可能會存在誤差氣體產(chǎn)物的排放高純C02使用安全注意事項Henry定律:P=kx通過該定律計算氣態(tài)產(chǎn)物中甲醇的含量時間事項安排6月一8月查閱文獻(xiàn),了解課題硏究前沿,初步確定課題硏究方向8月10月根據(jù)既定方向，查閱文獻(xiàn)，確定實驗方案，實驗材料及實驗裝置定做購買10月一12月進(jìn)一步閱讀文獻(xiàn),完善實驗方案，開始實驗12月一13年1月根據(jù)實驗結(jié)果，處理實驗數(shù)據(jù)，寫文章1月一2月文章修改，確定下一實驗方案3月一4月開始實驗，文章撰寫研究進(jìn)度安排C已完成內(nèi)容實驗方案確定-實驗材料、實驗裝置購買THANKS研究背景及意義微生物燃料電池技術(shù)PowersupplyProtonExchangeMembraneSoui發(fā)生反應(yīng)：C02+8H+8eCH4+2H2Oi存在問題：；1、膜污染、老化問題嚴(yán)重:2、缺少高效菌種!3、還原產(chǎn)物對微生物會有毒害作用/rce:Mariannaet.zBio.TechnoL(2010)研究背景及意義光催化還原技術(shù)導(dǎo)帶內(nèi)部復(fù)