光電催化還原二氧化碳制化工品的機理研究.pdf

1、本文利用太陽能在高效的光催化劑和電催化劑協(xié)同作用下通過光電催化還原二氧化碳制取高值化工品。光電催化反應是通過陽極催化劑在太陽光照射下產生具有較高氧化-還原性能的光生電子-空穴對，電子通過外電路的驅動轉移至陰極，空穴與水反應生成質子，而后通過質子交換膜同樣轉移至陰極，二氧化碳與質子、電子在陰極催化劑作用下在較低電位下完成還原反應，生成多種有較高利用價值的含碳化工品。
　　 本文首次提出用摻鉑二氧化鈦納米管和摻鉑石墨烯（Pt-TNT

2、/Pt-RGO）作為陽-陰極催化劑組合，將二氧化碳轉化為CO、HCOOH、CH3COOH、CH3OH、CH3CH2OH等高值化工品。采用具有很強光電感應性能、抗光腐蝕性的自制摻鉑二氧化鈦納米管作為光照陽極，通過實驗優(yōu)化確定將鈦片置于乙二醇有機溶劑中在50V電解電壓下電解3個小時再在450攝氏度下煅燒3個小時，然后利用陰極電解法以制備摻鉑二氧化鈦納米管。當摻鉑粒徑為3.5nm時（還原時間為24小時）制備的摻鉑石墨烯作為陰極催化劑催化效果較

3、佳，而還原時間更長時催化產率降低，這是因為鉑顆粒團聚造成粒徑增大降低了催化活性。
　　 比較表征了三種陰極催化劑（鉑碳、摻鉑碳納米管、摻鉑石墨烯）的微觀結構性能，實驗表明光電催化還原二氧化碳的產物選擇性和產率與反應物相態(tài)、催化劑種類、摻鉑粒徑、外加偏壓、負載體泡沫鎳孔徑以及電解液pH值有關。NaHCO3液相反應比CO2氣相反應還原生成的乙酸和乙醇等產率更高，這是由于液固兩相還原二氧化碳反應的傳質效率高于氣固兩相反應。在三種陰極催

4、化劑中摻鉑石墨烯對于生成氫氣、乙酸、乙醇產物的選擇性較大，該催化劑具有較大的碳原子轉換率（1137 nmol hr-1 cm-2），這是由于摻鉑石墨烯的活性比表面積和電子遷移率高于摻鉑碳納米管和鉑碳的陰極催化劑。另外，采用摻鉑石墨烯光電催化二氧化碳的每小時轉化率約為0.067％，高于以往單純用光催化方式還原二氧化碳的轉化率(0.002％—0.03％)。
　　 外加電壓對生成產物的電流效率會產生較大影響，當偏壓為2V時在單位電壓下