碳摻雜六方氮化硼納米片的合成及其在CO2電還原反應(yīng)中的應(yīng)用.pdf

1、自工業(yè)革命以來的百年間，煤炭和石油一直是為人類活動提供能源的主要動力源。由于這些能源的過度使用，大氣與海洋中的二氧化碳(CO2)濃度急劇增加，引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題。將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有用的能源產(chǎn)品，形成可持續(xù)的再循環(huán)系統(tǒng)，很大程度上減少了二氧化碳濃度過高引起的環(huán)境危害。為了尋找合適且高效轉(zhuǎn)化CO2的催化體系，目前已經(jīng)報(bào)道了許多研究方法，包括化學(xué)還原、光化學(xué)還原、電化學(xué)還原以及生物轉(zhuǎn)化等。其中電化學(xué)還原法是所有研究方法中最具有吸引力的

2、，因?yàn)橥ㄟ^調(diào)節(jié)過電勢等電化學(xué)參數(shù)可以調(diào)控催化劑的活性和選擇性。由于分子結(jié)構(gòu)的可調(diào)性，近年來非金屬催化劑在二氧化碳電化學(xué)還原催化應(yīng)用上受到廣泛關(guān)注。對于大多數(shù)非金屬催化劑而言，二氧化碳電還原過程都是遵循質(zhì)子電子耦舍轉(zhuǎn)換機(jī)理(PCET)，中間體COOH*或HCOO*在后續(xù)耦合氫原子生成一氧化碳(CO)。與之相對應(yīng)的是Langmuir-Hinshelwood(L-H)反應(yīng)機(jī)理，相鄰活性位點(diǎn)上生成的中間體相互結(jié)合生成最終產(chǎn)物。L-H反應(yīng)機(jī)理激發(fā)

3、我們尋找能夠同時(shí)活化CO2和質(zhì)子的原子團(tuán)。本論文通過熱分解法將碳原子摻入到六方氮化硼(h-BN)納米片中，制備出催化劑碳摻雜的氮化硼(BCN-x)，并在KHCO3電解液中測試各樣品的二氧化碳電還原性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，催化劑在二氧化碳電還原反應(yīng)中展現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，對產(chǎn)物HCOOH具有很高的選擇性。相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)報(bào)道出帶負(fù)電的h-BN中的硼原子可以高選擇性的吸附CO2分子，而石墨化的碳原子可以高效的活化質(zhì)子氫。根據(jù)L-H反應(yīng)機(jī)理，在h-B

4、N薄片上摻入碳引入雙原子團(tuán)C-B，通過C-B雙原子團(tuán)的協(xié)同作用，調(diào)節(jié)溶液中中間體H*和COOH*的相對濃度，從而調(diào)節(jié)產(chǎn)物的選擇性。
　　第一章，主要對二氧化碳電還原反應(yīng)以及目前所用的催化劑進(jìn)行簡單的介紹，我們將催化劑分成金屬基和非金屬基兩大類，通過具體舉例說明如何設(shè)計(jì)修飾電催化劑，以達(dá)到優(yōu)異的催化性能，并解釋其催化機(jī)理。
　　第二章，我們介紹了樣品的具體合成方法，并對樣品BCN-x和h-BN進(jìn)行基本的結(jié)構(gòu)表征，確定樣品的形貌