胺基咪唑类离子液体电解质中Mo-Bi BMC电催化还原CO2的性能

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目前二氧化碳排放达到了前所未有的水平,导致了许多不良的环境问题,如全球变暖、荒漠化、海洋酸化等。近几十年来,人们一直致力于CO2捕集利用(CCU)的研究与开发。由于电化学法的高效、温和、可控及避免了普通化学反应中使用的氧化还原试剂对环境造成的潜在的污染等显著特点,使其被广泛接受,在二氧化碳的有机资源化具有现实意义。离子液体具有高电导率、低蒸气压、较高热稳定性和化学稳定性等优点,以离子液体为电解质体系,开展CO2电化学还原的研究受到学术界普遍重视。本研究认为,在离子液体分子结构中引入氨基,可望增强离子液体与CO2的结合能力,从而在CO2电化学还原的过程中起到更明显的助催化作用。以此展开对CO2电化学还原行为的研究。具体研究内容及结论如下:(1)硫化钼铋双金属催化剂(Mo-Bi BMC)的制备本论文采用水热法制备硫化钼铋双金属催化剂(Mo-Bi BMC),通过XRD、SEM、TEM、XPS等物理表征,对催化剂的晶体结构、表面元素组成进行了物理表征,材料大部分呈现非球形层状结构颗粒,颗粒尺寸约为50-150 nm,片层分别由MoS2、Bi2S3组成,MoS2与Bi2S3之间存在相互作用。(2)H2O-[Emim]BF4/[NH2-emim]BF4二元电解质体系中H2O含量对CO2电化学还原行为的影响采用循环伏安测试方法,检测所制硫化钼铋双金属催化剂(Mo-Bi BMC)在H2O-[Emim]BF4/[NH2-emim]BF4二元电解质体系中H2O含量对CO2电化学还原行为的影响。循环伏安测试结果显示,H2O(x%)-[Emim]BF4电解质体系中,随含水量的增加,最大还原峰电流密度呈先增大后减小趋势,H2O(40%)-[Emim]BF4时最大还原峰电流密度最大;H2O(x%)-[NH2-emim]BF4电解质体系中,随含水量的增加,起始还原电位变化不明显,最大还原峰电流密度呈先增大后减小趋势,H2O(100%)-[NH2-emim]BF4时最大还原峰电流密度最大。(3)MeCN-H2O-[Emim]BF4/[NH2-emim]BF4三元电解质体系中MeCN含量对CO2电化学还原行为的影响采用循环伏安测试方法,检测所制硫化钼铋双金属催化剂(Mo-Bi BMC)在MeCN-H2O-[Emim]BF4/[NH2-emim]BF4三元电解质体系中MeCN含量对CO2电化学还原行为的影响。循环伏安测试结果显示,MeCN(x%)-H2O(40%)-[Emim]BF4电解质体系中,随MeCN含量的增加,还原峰电流密度有增大趋势,在MeCN(20%)-H2O(40%)-[Emim]BF4电解液中还原峰电流密度最大,CO2电化学还原速率最快;MeCN(x%)-H2O(100%)-[NH2-emim]BF4电解质体系中,随MeCN含量的增大,起始还原电位变化不明显,峰电流密度呈先增大后减小趋势,MeCN(20%)-H2O(100%)-[NH2-emim]BF4电解液中电流密度最大,CO2电化学还原速率最快。(4)[NH2-emim]BF4和[Emim]BF4电解质体系中CO2电化学还原行为的比较分别以[Emim]BF4和[NH2-emim]BF4为支持电解质下CO2电化学还原性能的对比,循环伏安测试及其相应的Tafel曲线结果显示,在[NH2-emim]BF4电解质体系中,还原峰电流密度都分别比相应组成[Emim]BF4电解质体系中的要大,在含有MeCN的电解质体系中还原峰电流密度相较于无MeCN的体系中峰电流密度要大。
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