电化学还原CO2的金属/石墨烯催化剂制备及其催化性能研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qingmeizhujiulyx
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当今,环境问题已经成为全球的关注热点,特别是温室效应越来越受到各国政府和人民的关注。CO2的大量排放直接导致了全球性环境问题即温室效应,对其进行减排和资源化成为了科研人员长期以来的研究重点。同时,CO2减排和资源化不仅符合人与自然和谐发展的要求,还有利于环境保护和经济的可持续发展。本实验采用改进的Hummers法把天然鳞片石墨氧化成氧化石墨,利用硼氢化钠还原氧化石墨悬浮液制备金属/石墨烯催化剂进行CO2电化学还原,通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术进行表征,通过循环伏安扫描法(CV)、计时电流(I-t)法和电化学阻抗法(EIS)进行电化学性能测试。  本实验制备的不同金属比例的金属/石墨烯(Pd/石墨,Cu/石墨烯,Pd-Cu/石墨烯)催化剂的表征结果表明,经过硼氢化钠还原后,氧化石墨的特征峰消失,同时观察到Pd和Cu的特征峰,表明金属单质成功地负载在石墨烯的表面。0负载在石墨烯表面的金属颗粒分布均匀且没有出现团聚现象。其中,1%Pd/石墨烯催化剂的金属粒径为6.5±0.25 nm,1%Cu/石墨烯催化剂的金属粒径为5.4±0.10 nm,1%∶2%Pd-Cu/石墨烯催化剂的金属粒径为7.5±0.25 nm,金属颗粒的尺寸均在8 nm以下。1%∶2% Pd-Cu/石墨烯的测得厚度为3.0~3.5nm之间。  电化学性能测试结果可知,在0.5mol/L的含有饱和CO2的KHCO3溶液中,1%∶2%Pd-Cu/石墨烯催化剂的起峰电位和还原电流分别为-1.3V(vs.Ag/AgCl)和-2.8mA,相比其他催化剂,它的催化效果最佳。此外,通过和N2溶液的测试结果(起峰电压:-1.75V,还原电流:-0.5mA)相比,也说明了该催化剂在CO2还原过程中对析氢反应具有有效的抑制作用且CO2催化还原的稳定性最好。电化学阻抗测试结果进一步验证了循环伏安测试的结果,结果显示该催化剂表面电荷迁移速度最快即电催化活性最高。CO2-中间体在CO2还原反应中起着关键作用,HCO3-在参与反应的同时对反应还有一定的促进作用,其浓度和反应速率呈正相关关系。
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