CuO納米粒子復(fù)合電極制備及光電催化還原CO2的研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)能源需求日益增長(zhǎng)，大氣中二氧化碳(CO2)的排放量也隨之激增，預(yù)計(jì)到2030年CO2排放量約為423億噸。CO2是引發(fā)“溫室效應(yīng)”的主要?dú)怏w，是導(dǎo)致全球變暖的重要因素。因此，如何簡(jiǎn)便有效的緩解“溫室效應(yīng)”，減少大氣中CO2的含量是當(dāng)務(wù)之急。CO2是非極性分子，碳處于最高價(jià)態(tài)，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)CO2的資源化回收利用存在很大困難，因此還原CO2是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的研究工作。其中將CO2存儲(chǔ)及資源化回收轉(zhuǎn)化利用主要途徑有

2、:高溫非均相與均相催化氫化作用、CO2催化共聚以及光催化、電催化還原。其中高溫非均相與均相催化氫化作用和CO2催化共聚主要依賴高溫、高壓，且氫仍來(lái)源于化石資源，意義不明顯。而光催化、電催化還原可在常溫常壓下反應(yīng)，氫來(lái)源于水，能選擇性生成如HCOOH、CO、CH4、C2H4和CH3OH等小分子化合物。
　　CuO禁帶寬度小，理論禁帶寬度為1.84 eV，并且容抗弧值小，其電催化性能突出，對(duì)甲醇有很好的選擇性。與優(yōu)異的光催化材料復(fù)合，

3、能使復(fù)合材料同時(shí)具備優(yōu)異的光催化活性以及電催化活性，所以開(kāi)發(fā)更穩(wěn)定、更高活性、具有良好可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑是根本途徑。
　　本文主要進(jìn)行了基于CuO納米粒子(NPs)復(fù)合催化劑光電催化還原CO2還原的研究，有以下三個(gè)方面:
　　1.以CuO NPs作為工作電極，恒電流沉積CeO2，得到CeO2/CuO NPs。CeO2 NPs修飾后，由UV-vis DRS測(cè)試可看出催化劑對(duì)可見(jiàn)光的吸收明顯增強(qiáng)，光電催化還原CO2產(chǎn)物分析利用

4、氣相色譜檢測(cè):主要產(chǎn)物為甲醇，6h甲醇產(chǎn)量達(dá)到最大值180.O3mmol·L-1·cm-2，并與單獨(dú)光催化、單獨(dú)電催化得到甲醇產(chǎn)量相對(duì)比，光電催化遠(yuǎn)比單獨(dú)光與單獨(dú)電的簡(jiǎn)單加和大，超過(guò)加和的2倍。
　　2.水熱法制得Fe2O3 NPs，將其負(fù)載到CuO NPs上，得到Fe2O3 NPs/CuO NPs。通過(guò)SEM表征發(fā)現(xiàn)Fe2O3 NPs呈均勻的八面體形狀，表面積大，更有利于對(duì)CO2的吸附，進(jìn)而提高反應(yīng)物的濃度，提高其轉(zhuǎn)化效率。由U

5、V-vis DRS圖可看出復(fù)合電極禁帶寬度為1.99 eV，可見(jiàn)光利用率也大幅提高。該催化劑在光電催化還原條件下得到的甲醇產(chǎn)量(6 h時(shí)為67.23 mmol·L-1·cm-2)約為單獨(dú)光催化與單獨(dú)電催化的簡(jiǎn)單加和的2倍，光電協(xié)同催化效果明顯。
　　3.利用脈沖沉積將Ni沉積到CuO NPs上，得到Ni NPs/CuO NPs。負(fù)載后，材料禁帶寬度為1.95 eV，由UV-vis DRS圖可看出，對(duì)420～580 nm可見(jiàn)光區(qū)的吸

6、收明顯增強(qiáng)，說(shuō)明Ni的引入大大地提高了CuO NPs對(duì)可見(jiàn)光的吸收。產(chǎn)物分析仍能明顯看出光電協(xié)同催化還原CO2甲醇產(chǎn)量（6h達(dá)到257.3μmol·L-1·cm-2）是單獨(dú)光與單獨(dú)電催化還原CO2加和的5倍多，再次證實(shí)了光電協(xié)同催化對(duì)材料還原CO2的促進(jìn)作用。
　　本文制備了三種新型復(fù)合電極，并將其應(yīng)用到光電催化還原CO2中。這種高效、對(duì)環(huán)境友好的光電協(xié)同催化劑為CO2的變廢為寶提供了新思路和新方向，在CO2還原制備低碳醇方面有一