功能化咪唑型离子液体调控CO2电化学还原的研究

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随着工业的快速发展,温室气体CO2的逐年增多,对全球的环境及生态造成了严重影响。通过电化学方法对CO2捕集固定并转化为有机产物,实现过程绿色环保和资源化循环利用,成为研究的热点。咪唑基离子液体因其导电性好、电化学窗口高等特性,被用作CO2电化学还原的电解液。本文以功能化咪唑基离子液体作为电解质,采用三电极体系,应用循环伏安法、线性扫描伏安法和恒电位电解等测试方法,以非贵金属Pb、In和Sn片作为工作电极进行CO2电还原实验,探究离子液体的烷基咪唑阳离子以及含氟阴离子对电还原CO2的调控效果。主要的研究结论如下:选取四种咪唑基离子液体[Cnmim]BF4(n=3-5)和[C3mim]OTf,系统研究了离子液体及其水溶液的粘度及电导率等基本物性。结果表明,对于离子液体及其水溶液,随温度升高粘度降低而电导率增加。控制咪唑基离子液体水溶液浓度范围为10-100mg/ml时,离子液体水溶液的粘度小于纯离子液体的,而电导率相反。采用三电极体系,应用循环伏安法、线性扫描伏安法,初步研究了Pb、In和Sn电极上咪唑基离子液体阴阳离子对CO2电化学还原的调控效果。结果表明,在咪唑基离子液体[Cnmim]BF4(n=3-5)中,随着咪唑环烷基侧链长度的增加,CO2的起始还原电位负移;在咪唑基离子液体[C3mim]BF4和[C3mim]OTf中,以[C3mim]BF4水溶液为阴极液时的CO2起始还原电位更正。采用恒电位电解法揭示了咪唑基离子液体阴阳离子对CO2电还原产物HCOOH还原效率的影响。以Pb为工作电极,在[Cnmim]BF4(n=3-5)中,当电解电位为-2.1V,在80 mg/m L的[C3mim]BF4水溶液中电解时,HCOOH的法拉第效率最高为91.82%;在[C3mim]BF4和[C3mim]OTf中,当电解电位为-2.1 V,在80 mg/m L的[C3mim]BF4水溶液中电解时,HCOOH的法拉第效率最高为91.82%。以In为工作电极,在[Cnmim]BF4(n=3-5)中,当电解电位为-2.1 V,在60 mg/m L的[C5mim]BF4水溶液中电解时,HCOOH的法拉第效率最高为92.27%;在[C3mim]BF4和[C3mim]OTf中,当电解电位为-2.1 V,在10 mg/m L的[C3mim]BF4水溶液中电解时,HCOOH的法拉第效率最高为92.08%。以Sn为工作电极,在[Cnmim]BF4(n=3-5)中,当电解电位为-2.1 V,在10 mg/m L的[C4mim]BF4水溶液中电解时,HCOOH的法拉第效率最高为38.54%;在[C3mim]BF4和[C3mim]OTf中,当电解电位为-2.0 V,在40 mg/m L的[C3mim]BF4水溶液中电解时,HCOOH的法拉第效率最高为54.14%。
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