三維Ag和TiO2納米管電極電化學還原CO2.pdf

1、傳統(tǒng)化石燃料的大量使用必將導致能源危機，并產生大量的CO2從而加劇溫室效應。將CO2還原為低碳物質不僅能夠有效緩解溫室效應，而且生成的低碳物質可作為潛在的能源加以利用。鑒于電能可以通過可再生能源如太陽能、風能和潮汐能產生，無需額外的化石燃料燃燒，并且通過電化學法可以將CO2還原為有用燃料或其他化學物質，同時緩解了能源危機和溫室效應。然而CO2熱力學穩(wěn)定，需提供220～330kJ mol1的能量才能活化CO2分子生成有價值化學品，因此開發(fā)

2、卓越電極催化材料降低CO2活化能是當前面臨的重大挑戰(zhàn)。
　　本研究通過臭氧氧化-電解還原法制備了三維Ag（r-Ag）電極，采用X射線衍射（XRD）、場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）、X射線光電子能譜（XPS）、雙電位階躍等手段對所制備電極進行了結構、形貌、元素組成和表面粗糙度的測試，并考察了電化學還原CO2的催化活性和穩(wěn)定性。實驗結果表明該電極比平板Ag電極具有更高的電催化活性，這是由于表面修飾能在Ag電極表面形成三維立體結構，

3、大大增加活性物種數(shù)量，從而有利于CO2的電化學還原。此外，雙電位脈沖法可大大提高CO2電化學還原為CO的穩(wěn)定性，電化學還原CO2的含碳產物主要為CO，同時還存在少量的甲酸、甲醇、甲烷和甲醛。當電解電位為-1.1V（相對于可逆氫電極電位（vs. RHE））時反應5h后，CO2電化學還原產物CO、甲酸、甲醛、甲醇和甲烷的產量分別達到1620μmol、71.8μmol、11.9μmol、0.65μmol和2.70μmol。三維Ag電極和平板A

4、g電極上CO法拉第效率達到最大值分別為88.87％和79.14%，對應的分電流密度分別為5.73mA cm–2和3.51mA cm–2。塔菲爾曲線及添加已知中間產物的研究表明，Ag電極上電化學還原CO2為CO和甲酸的反應機理相同，且Ag電極上的失活現(xiàn)象歸因于電極表面上形成的CHOads或COHads吸附物種。
　　另外，采用原位陽極氧化-煅燒法制備一系列TiO2納米管（TiO2NTs）電極，運用XRD、FESEM、XPS、雙電位階

5、躍等測試對制備電極進行表征，考察了其在電化學還原CO2為甲醇的催化活性。結果表明TiO2NTs電極上電化學還原CO2的主產物為甲醇，并由甲酸和甲醛進一步還原而來。最佳的煅燒溫度為450℃，當電解電位為-0.56V vs. RHE時反應3h后，甲醇的產量為15.3μmol，最大法拉第效率為85.8%，分電流密度為0.2mAcm2。TiO2NTs-450電極更高的催化活性，歸因于電極表面更多的三價鈦含量，促進CO2的生成速率，速率控制步驟轉