【摘 要】
：
随着现代工业的不断发展,CO2含量逐渐超出地球所能承受的范围,并造成严重的气候和环境等问题。探索减少或利用CO2的方法尤显重要。利用可再生电能将CO2电催化还原成碳氢化合物,不但是降低CO2含量和缓解温室效应的有效方法,而且也为解决能源问题提供有效的手段。本文采用廉价的锌盐作为金属前驱体,葡萄糖、壳聚糖、三聚氰胺作为碳、氮前驱体,制备一系列锌基碳催化材料,并用于CO2电催化还原（CO2RR）,主要
论文部分内容阅读
随着现代工业的不断发展,CO2含量逐渐超出地球所能承受的范围,并造成严重的气候和环境等问题。探索减少或利用CO2的方法尤显重要。利用可再生电能将CO2电催化还原成碳氢化合物,不但是降低CO2含量和缓解温室效应的有效方法,而且也为解决能源问题提供有效的手段。本文采用廉价的锌盐作为金属前驱体,葡萄糖、壳聚糖、三聚氰胺作为碳、氮前驱体,制备一系列锌基碳催化材料,并用于CO2电催化还原（CO2RR）,主要内容如下:（1）以葡萄糖为碳前驱体,碳酸钾为盐模板,高温焙烧制备碳纳米片,表征结果表明,碳酸钾盐模板起剥离效果,最终可以获得厚度较薄的碳纳米片;之后在碳纳米片上负载氧化锌,利用氧化锌和碳纳米片在高温下发生碳热反应,进而在碳纳米片表面制造缺陷,并考察其电催化CO2还原性能。结果表明,随着碳材料缺陷度的增大,催化剂电催化CO2还原性能呈现先增大后减小趋势,缺陷度为0.975的催化剂表现出最佳CO2RR催化性能;但是,缺陷碳材料电催化CO2还原的整体性能较差。（2）以葡萄糖/三聚氰胺为碳、氮前驱体,碳酸钾为盐模板剂,高温碳化制备（掺氮）碳材料,通过液相沉淀法制备一系列（掺氮）碳材料负载氧化锌复合催化材料Zn O/（N）CNS,并考察其电催化CO2还原性能。结果表明,氧化锌能够提升碳材料电催化CO2还原的选择性和催化活性;相比于Zn O/CNS,掺氮碳材料负载氧化锌所得的Zn O/NCNS,具有更高的CO法拉第效率,最佳条件下制备的材料50-Zn O/NCNS,具有良好的电催化CO2还原活性和CO选择性,在0.1 M KHCO3电解质溶液中,在-1.2 V vs.RHE电位下,CO法拉第效率达最大,为90.9%,此时CO的分电流密度为-3.3 m A·cm-2,CO的产率为61.58μmol·cm-2·h-1;在-1.2 V vs.RHE电位下,在11.5 h稳定性测试中,CO选择性由90.9%降至59.1%左右,液相甲酸的法拉第效率为23.8%,锌元素溶解在电解液中,是导致催化剂性能下降的主要原因;催化剂中的Zn O在CO2电催化过程中会部分还原成锌单质;氧化锌和锌共同存在有利于提高催化剂电催化CO2还原活性。（3）以氯化钠作为盐模板,壳聚糖和硝酸锌分别作为碳氮源和锌源,高温碳化,制备锌、氮共掺杂碳材料,并用于电催化CO2还原。结果表明,硝酸锌和氯化钠在高温下有利于催化剂形成丰富的孔洞结构,增加催化剂的比表面积和活性位点,提高催化剂电催化CO2还原性能;优化获得的Zn1.5-N-C-s-900-1100具有最佳的电催化CO2还原性能,在0.1 M KHCO3电解质溶液中,在较宽电位窗口范围内,将CO2电催化转化为CO的法拉第效率均达90%以上,在-0.7 V vs.RHE最佳电位下,催化CO2转化为CO的法拉第效率高达97%,此时CO的分电流密度为-2.2 m A·cm-2,CO的产率为42.07μmol·cm-2·h-1;在长达46 h稳定性测试过程中,CO的平均法拉第效率达90.7%,H2的平均法拉第效率为9.9%,表现出良好的催化性能和稳定性。
其他文献
电解质膜除湿/产氢系统在低压直流电的驱动下直接电解空气中的水蒸气,能够同时实现空气除湿和低浓度氢气的生产,具有清洁、紧凑、多功能等优点。系统产生的低浓度氢气无爆炸风险,且具有医疗、保鲜等功能。但目前该新型系统在实际运行中的除湿/产氢耦合、与太阳能等可再生能源发电结合等特性尚不明确,且缺少应用于气调保鲜等方面的研究。为此,本文做了以下工作:（1）通过正交试验探究操作工况对系统产氢性能的影响。结果表明
在环境污染日益严重的情况下,可降解聚合物可以替代石油基聚合物成为新一代绿色阻隔材料。然而,阻氧性能差限制其推广应用。氧化石墨烯（GO）因具有优异阻隔性能、超高长径比、易于改性等优势成为增强聚合物阻隔性能的理想填料。为此,本文以降解性改性氧化石墨烯/聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯复合材料（f-GO/PBAT）为研究对象,以改善GO在PBAT中的分散分布为出发点,基于耗散粒子动力学理论对f-GO/PBA
传统有机废水处理技术工艺复杂、成本高、处理不彻底,难以满足现阶段对有机废水处理的高标准和高需求。近年来,工艺简单、经济、高效、绿色的光催化氧化技术成为有机废水处理技术发展应用的重要方向。钒酸铋（BiVO4）是一种良好的可见光响应型光催化半导体材料,无毒性、易制得、结构稳定、氧化能力强,但也存在着光生载流子复合程度高、量子效率低、光催化活性低等不足。因此,本文通过调控BiVO4（040）晶面的择优生
我国一次能源的主要来源是煤炭。而以煤为原料的化工行业面临着耗能严重的问题。其中煤制甲醇能耗是天然气制甲醇的1.4倍,煤直接液化与间接液化的能耗分别为炼油行业的5-7倍。因此减少传统煤化工行业的能耗具有重要意义。本文以固定床煤制甲醇联产LNG过程为研究案例,对其中的低温单元即低温甲醇洗与甲烷深冷分离单元的制冷系统展开节能研究。针对煤化工低温单元制冷系统需消耗大量压缩功耗,且全厂低温余热过剩难以利用的
木质素是自然界中仅次于纤维素的第二大可再生资源,来源广泛,价格低廉,可生物降解。由于富含酚羟基、羧基、甲氧基、苯环等官能团,木质素具备适宜的两亲性和优异的紫外吸收和抗氧化性能,因而在载药领域中具有独特的应用优势。但现有的木质素载药材料大多需进行化学反应,操作繁琐且设备要求高。与其它常用的载药材料制备方法相比,乳液-溶剂蒸发法具有操作简单、成本较低、可大规模工业化的优点,但目前将其应用于制备木质素载
含油废水是环境中存在的最持久的污染源之一,从含油废水中分离油对回收淡水资源和石油资源、保护海洋具有重要意义。超润湿材料由于其能够高效低能耗分离油水的优点而被认为是处理含油废水的良好选择,然而设计绿色简便的制备方法仍是具有挑战性的任务。植物多酚在自然界含量丰富,廉价易得,能够通过简单的常温制备过程与端氨基类物质形成类似贻贝黏附的涂层。因此本论文以其为基础原料,通过简单的共沉积和络合的方法制备了一种超
纺织企业每年会产生大量有机污染物废水,其中亚甲基蓝（MB）废水是典型的一种,传统方法处理该类染料废水的工艺过程复杂,并且效率较低,电催化氧化法不失为一种好的解决措施,但是传统电极存在制备工艺复杂和效率低下等问题。在印刷线路板（PCB）的生产过程中会产生大量含铜的废蚀刻液,若不加以利用,会造成资源的浪费,降低企业生产效益。电化学法可以快速便捷高效地处理废蚀刻液,但是目前研究较多的石墨毡电极存在组装难
电化学水分解技术是一种有前途的,可持续转化、储存和运输氢能的技术。目前,贵金属基电催化剂在这方面拥有最佳的催化性能,但是它们储量稀有,成本较高,难以大规模应用。因此,开发高活性的非贵金属基电催化剂是推动电解水制氢快速发展的重要举措。自支撑型电极采用一种在基底上原位生长催化剂的策略,无需使用额外的导电剂和粘合剂,与传统的粉末状催化剂相比,这大大提高了其催化活性和稳定性。基于此,本论文以碳布为基底,制
相变储能技术是缓解能量供需时空不匹配,提升能源综合利用率的重要手段。该技术核心在于寻找温度匹配、性能优异且廉价易得的相变材料。水合盐因温度涵盖范围广、储能密度高和安全无毒等优点受到了广泛关注。其中,KAl（SO4）2·12H2O（Alum）和NH4Al（SO4）2·12H2O（AAS）的相变潜热高于绝大多数水合盐,具有重要研究意义和极大应用潜力。然而,过冷度大、导热率低和液相泄漏腐蚀等水合盐常见缺
致密的质子导体陶瓷膜因只允许质子在体相转移,理论上对H2的选择性可达100%,是一种极具吸引力的分离膜材料。然而,目前的质子导体陶瓷膜仅在高温范围（600-1000°C）才表现出氢分离性能,但过高的工作温度会导致能耗高和操作难度大等问题。而应用于低温（＜100°C）的质子导体材料（如Nafion膜等）,随环境湿度降低或温度升高极易脱水分解,稳定性较差。原则上,中温范围（200-400°C）工作的质