碳布负载高致密Sn/SnBi合金的电催化CO2还原性能

通过分步电沉积法制备碳布(CC)负载高致密Sn/SnBi合金催化剂：首先在CC上电沉积致密Sn颗粒,而后利用酸性电解液部分溶解Sn为Sn²⁺离子,实现在Sn颗粒表面共沉积SnBi合金枝晶,随后经过原位化学氧化及电化学还原步骤将SnBi合金枝晶转变为SnBi合金纳米颗粒(SnBi NPs)。得益于Sn提供形核位点,SnBi枝晶在碳织物表面垂直致密生长,并通过后续氧化还原转化实现了直径约20nm的SnBi合金颗粒在CC上致密均匀生长。CC/Sn/SnBiNPs三维电极在-1.08V(vsRHE)下显示出较高的电催化还原CO₂活性,电流密度高达36mA·cm^-2且甲酸盐产物选择性为94.9%。同时,在连续12h恒电压测试中性能未发生衰减,表明电极具有良好的稳定性。     

Sn/Cu电极电化学还原CO2的研究

采用电沉积法制备Sn/Cu电极,由SEM观察并研究了电沉积电流密度对电极形貌的影响.在碱性三电极体系中考察了Sn/Cu电极对析氢、CO2还原的影响.发现10 mA.cm-2和15 mA.cm-2电沉积电流密度下制得的电极活性较高,尤以15 mA.cm-2时电极性能更佳,并指出了电还原CO2关键材料的结构特性.     

负载型TiO2/SBA-15的制备及其光催化还原CO2性能

以羧基改性的SBA-15(COOH/SBA-15)和钛酸四丁酯(TB)为原料,利用COOH/SBA-15表面上高分散的大量羧基将TB锚定,通过溶剂热处理得到高分散负载型TiO2/SBA-15催化剂.产物经XRD,Raman,FT-IR,TEM,N2吸脱附和UV-Vis表征,结果显示:所制备的TiO2/SBA-15催化剂为比表面大、结晶度较高的锐钛矿TiO2,TiO2均匀分散于SBA-15表面,此外,COOH/SBA-15有效抑制了TiO2晶粒的长大.以光催化还原CO2为探针反应,考察了TiO2/SBA-15催化剂在紫外光照射下的光催化性能.结果表明:相比于后处理浸渍法制备的光催化剂,本文制备的TiO2/SBA-15催化剂表现出了高的光催化还原CO2活性,主要产物为甲醇,且TiO2最佳负载量为16.5%,并对相关反应机理做了探讨.     

贵金属负载TiO2对光催化还原CO2选择性的影响

利用光沉积方法在TiO₂表面分别负载1%(质量分数) Pt、Pd、Au和Ag助催化剂.用TEM、XRD、UV-vis等技术对催化剂进行了表征,并利用连续瞬态电流时间响应和线性扫描伏安法等电化学方法,对贵金属负载的TiO₂光催化剂在光照条件下的电流响应强度及电催化析氢电位等特性加以测试.分析了贵金属助催化剂对光催化还原CO₂性能的差异.结果表明,负载贵金属助催化剂能显著加速光生电子空穴的分离,降低复合率;另外,助催化剂对还原CO₂选择性的顺序为Ag>Au>Pd>Pt.贵金属助催化剂还原CO₂的加氢选择性和析氢过电位存在相关性,即越不利于析氢过程的助催化剂,其催化CO₂加氢还原产物的选择性越高.     

CO2的光电催化还原

CO2为温室气体的主要成分,同时也是潜在的碳能源。本文主要介绍了近年来利用光催化、电催化以及光电催化3种不同催化方法还原CO2的研究现状。文章综述了催化剂材料和催化反应体系对CO2还原效果的影响。从催化效率,光、电转化效率,选择性和能耗等不同角度进行了比较和评价。细致地讨论分析了各种催化还原方法的反应机理,并对催化还原CO2研究的发展方向和应用前景进行了展望。     

缺陷CuAg催化剂的构筑及电催化CO2还原制备C2+产物

通过电化学还原Ag/Cu（OH）₂构筑得到了富含缺陷位点的Ag/Cu-OH催化剂,与Ag/CuO前驱体电化学还原获得的Ag/Cu-O相比,其表现出更好的电催化二氧化碳还原反应（CO₂RR）制备C₂₊产物的选择性.在H型电解槽（H-cell）中评估了催化剂的电催化性能,Ag_2%/Cu-OH表现出比Ag_2%/Cu-O高1.5倍的乙烯（C₂H₄）法拉第效率（FE）和高1.3倍的C₂₊法拉第效率.在接近实际应用的膜电极组件（MEA）中,Ag_2%/Cu-OH在高达375 m A/cm²的电流密度下,表现出高达56.2%的C₂H₄法拉第效率.Ag_2%/Cu-OH性能的提高不仅归因于Cu和Ag之间的协同作用,还归因于具有更多的低配位Cu缺陷位点,低配位Cu有利于^*CO的吸附,进一步促进了^*CO二聚为C₂₊产物.     

Co-N4大环配合物分子应用于异相电催化CO2还原

利用可再生能源产生的电能催化二氧化碳还原(CO₂RR)是可持续制备碳基化学品的一种潜在途径.电催化剂是实现这个转化的关键,目前还需要深入地研究机理去优化催化剂的设计.M-N₄结构的大环配合物是一类结构明确、性能易调控的分子电催化剂,是研究结构-性能关系的理想平台.其中,金属酞菁在异相电催化CO₂RR中展现出较好的催化性能,受到广泛关注.而其它M-N₄结构大环配合物(如金属卟啉、金属咔咯)在异相电催化CO₂RR中报道较少,且催化性能一般.本文对比研究了酞菁钴(CoPc)、四苯基卟啉钴(CoTPP)和三苯基咔咯钴(CoTPC)三种分子异相电催化CO₂RR的性能,揭示制约金属卟啉和金属咔咯分子应用于异相体系的原因,并提出改进方法.首先采用碳纳米管(CNT)复合的方法对三种分子进行了研究.结果表明,只有CoPc能够与CNT形成性能优异的复合电催化剂,而CoTPP和CoTPC复合电催化剂几乎不具备活性.这是因为这两种分子具有扭曲的苯环导致分子与CNT作用力弱,在复合物里面只有很少的分子锚定在CNT上.本文采用直接滴涂法制备三种分子与CNT物理混合电极,并研究了分子载量对催化性能的影响.结果表明,在1.08×10^-8molcm^-2低分子载量时,CoTPP+CNT和Co TPC+CNT样品基本无活性,它们的电催化活性随着分子载量的提升而显著增加.在5.4×10^-7molcm^-2的高载量时,CoTPC+CNT和CoTPP+CNT样品在-0.67 V(相对可逆氢电极,下同)的电位下分别展现出14.0和7.61 mA cm^-2的CO分电流密度,是1.08×10^-8 molcm^-2载量样品的8.7和7.9倍.这说明对于Co TPP和CoTPC分子,可以通过加大载量来增加与CNT作用几率,从而提高电极活性.然而,基于CoPc制备的样品活性随着CoPc分子载量的增加变化不明显.这是由于在低载量下CoPc分子已经很好地与CNT相互作用,并且CNT上CoPc分子负载量是有限的,继续增大载量只会导致聚集.本文进一步发展一种聚乙烯吡啶(PVP)桥连的办法,提升CoTPP和CoTPC在低载量下的电极活性.聚乙烯链能够通过疏水作用缠绕在CNT上,同时吡啶能够与分子金属中心配位,从而为分子与CNT结合建立桥梁.当分子载量为1.08×10^-8mol cm^-2时,CoTPP+CNT/PVP在-0.67 V电位下展现出85%以上的CO法拉第效率,而且CO分电流密度达到7.84 mA cm^-2,是没有添加PVP对比样CoTPP+CNT的8倍.由此可见,分子与基底的相互作用强度对异相电催化CO₂RR的性能有重要影响.对于与基底相互作用弱的大环配合物分子可以通过大分子载量的滴涂法或引入桥连分子来提高电极性能.这些方法可以拓展到其它分子体系,有助于构建高效的异相分子电催化剂.     

室温快速合成Ag基金属有机骨架材料用于电催化还原CO2

选择具有强给电子能力的1,2,4-三唑为配体,成功合成了银基金属有机骨架材料(Ag-MOF)并用于电催化还原CO₂反应(CO₂RR)。借助粉末X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、计时电流法等表征手段对材料的晶体结构、形貌和电催化CO₂RR性能进行了系统的研究。与商品化的纳米Ag颗粒对比,Ag-MOF展现出更优异的电催化CO₂RR产物选择性、催化活性和稳定性,在-0.9 V (vs RHE)时,CO的法拉第效率高达96.1%。当电压为-1.1 V (vs RHE)时,电流密度可达17 mA·cm^-2,且电极可以稳定运行300 min。这说明通过选择合适的配体结构,可以改变催化位点周围的化学环境,从而高效将CO₂转化为目标产物。     

室温快速合成Ag基金属有机骨架材料用于电催化还原CO2

选择具有强给电子能力的1,2,4-三唑为配体,成功合成了银基金属有机骨架材料(Ag-MOF)并用于电催化还原CO₂反应(CO₂RR)。借助粉末X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、计时电流法等表征手段对材料的晶体结构、形貌和电催化CO₂RR性能进行了系统的研究。与商品化的纳米Ag颗粒对比,Ag-MOF展现出更优异的电催化CO₂RR产物选择性、催化活性和稳定性,在-0.9 V (vs RHE)时,CO的法拉第效率高达96.1%。当电压为-1.1 V (vs RHE)时,电流密度可达17 mA·cm^-2,且电极可以稳定运行300 min。这说明通过选择合适的配体结构,可以改变催化位点周围的化学环境,从而高效将CO₂转化为目标产物。     

铜铂双单原子负载晶化氮化碳及其增强光催化CO2还原性能

铂单原子作为一种新型催化剂,具有活性组分高度分散、配位未饱和以及原子利用率高等特点,在光催化还原CO₂方面表现出巨大潜力.但是由于成本高昂和负载量高等因素,极大地限制了其在实际生产中的广泛应用.合成具有低负载量贵金属铂,同时提高铂基单原子催化剂的催化活性仍然是一项巨大挑战.晶化石墨相氮化碳的二维结构,特别是其稳定晶化结构所形成的限域环境及其可扩展的π共轭单元,可以有效锚定金属单原子,因而可作为金属单原子的良好载体.已有的金属单原子载体氮化碳多为弱晶或非晶结构,基于晶化氮化碳的高结晶度和高结构稳定性,合理构建金属单原子沉积的结晶石墨相氮化碳体系仍十分困难.关于晶化氮化碳负载金属单原子催化剂应用于光催化还原CO₂的研究至今鲜有报道.本文开发了一种具有低负载量的铂基双单原子锚定晶化氮化碳的制备方法,通过设计氮化碳缺陷位点,在晶化石墨相氮化碳载体表面构筑氮缺陷位点,利用载体的丰富氮缺陷作为陷阱,有效捕获双单原子金属前驱体,成功制备了具有低负载量(铂为0.32wt%)的双金属铜铂单原子催化剂,并用于光催化CO₂还原反应中.结果表明,相比于单原子铂催化剂和单原子铜催化剂,该种双单原子铜铂体系在光催化还原CO₂-CO中表现了更好催化活性.在光照3.5 h后,铜铂双单原子体系的CO产量达到41.1μmolg^-1.除此之外,铜铂双单原子体系在光催化过程中有利于促进CH₄生成,在没有任何牺牲剂或共催化剂作用下其CH4的产量为9.8μmolg^-1,其产率分别是相同光照条件下单原子铂催化剂(3.2μmolg^-1)和单原子铜催化剂(2.0μmol g^-1)的三倍和五倍.高分辨透射电镜结果表明,制备的氮化碳呈现了高度晶化的结构.球差扫描透射电子显微镜结果表明,铂和铜物种分别以高度分散的单原子形式存在,且在双金属铜铂单原子体系并未发现铜颗粒和铂颗粒.电化学分析结果表明,通过双配位活性位点的桥梁作用提高光生电子的转移效率,使得铜铂双单原子体系具有更高的电流密度和更好的载流子传输能力.原位X射线光电子能谱结果表明,金属铂和铜单原子成功负载在晶化石墨相氮化碳上,且在光照过程中单原子铂和铜的结合能的电子密度有些许改变,证明了该双金属单原子体系在光催化过程中协同动态光电子的迁移转移;原位红外傅里叶变换光谱实验结果表明,这种稳定的铜铂双单原子体系有利于促进催化还原反应中中间体产物的加氢过程,对终产物的解离和释放有明显的促进作用,从而提高光催化还原CO₂反应的活性和选择性.     

Reduction of CO2 by nickel (II) macrocycle catalyst at HMDE

With the aim of finding a suitable electrocatalyst for the efficient reduction of carbon dioxide, the electrochemistry of nickel (II) complex of 1,3,6,9,11,14-hexaazatricyclo [12·2·1·1] octadecane was studied using cyclic voltammetry (CV) and controlled-potential electrolysis (CPE) techniques in the presence and absence of CO₂ in 100% H₂O, CH₃CN-H₂O mixtures (20–100%) and DMF-H₂O (70–100%) mixtures. The efficiency of this process is determined using the coulometry technique. CO is the major product in the gaseous phase and HCOOH the sole product formed in the solution phase.     

室温快速合成Ag基金属有机骨架材料用于电催化还原CO2

选择具有强给电子能力的1,2,4-三唑为配体,成功合成了银基金属有机骨架材料(Ag-MOF)并用于电催化还原CO₂反应(CO₂RR)。借助粉末X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、计时电流法等表征手段对材料的晶体结构、形貌和电催化CO₂RR性能进行了系统的研究。与商品化的纳米Ag颗粒对比,Ag-MOF展现出更优异的电催化CO₂RR产物选择性、催化活性和稳定性,在-0.9 V (vs RHE)时,CO的法拉第效率高达96.1%。当电压为-1.1 V (vs RHE)时,电流密度可达17 mA·cm^-2,且电极可以稳定运行300 min。这说明通过选择合适的配体结构,可以改变催化位点周围的化学环境,从而高效将CO₂转化为目标产物。     

Electrocatalytic Carboxylation of Arylic Bromides at Silver Cathode in the Presence of Carbon Dioxide

A simple and efficient electrocatalytic carboxylation of arylic bromides has been developed using silver as cathode and magnesium as anode in N,N-dimethylformamide (DMF) under mild conditions. The influences of some key factors (such as the nature of cathode material, current density, and temperature) on this reaction were investigated. The investigations were extended to other arylic bromides under the optimized conditions, and the corresponding carboxylic acids were obtained in moderate to good yields (30–78%). The electrochemical behavior was studied at different electrodes (Ag, Cu, Ni, and Ti) by cyclic voltammetry, which showed significant electrocatalytic effect of the silver electrode toward the reductive carboxylation of arylic bromides.      

溶剂化金属原子浸渍法制备的Ni-Ag/γ-Al2O3催化剂的催化性质研究

应用溶剂化金属原子浸渍(SMAI)法和普通浸渍(CI)法制备了金属含量相同的γ-Al₂O₃负载Ni-Ag双金属催化剂。研究了这些催化剂在甲苯和二丙酮醇加氢以及CO₂甲醇化反应中的催化性质，结果表明与组成相同的普通浸渍法催化剂相比，在所有这些反应中SMAI催化剂都显示出较高的催化活性，这是因为SMAI催化剂具有较高的分散度和还原度(零价金属百分比)。     

红外光谱电化学研究金电极表面上CO2的还原

以碳酸丙烯酯(PrC)为溶剂,高氯酸四丁基胺(TBAP)为电解质,利用电化学及红外光谱电化学开展了金电极上二氧化碳的还原研究。运用现场红外光谱跟踪电化学还原过程反应物及产物的生成和消失。红外光谱电化学循环伏吸法表明,在消耗CO2的同时,金电极上有CO的产生,且伴随有碳酸根的形成。结合电化学和光谱电化学结果,提出了一种电还原机理:在非水介质中,CO2电还原过程中生成了中间体CO2.-,随后CO2.-分别以两个途径进行还原,其一是直接被还原成CO,其二是与CO2结合生成C2O4.-而后歧化成CO以及CO32-。两个反应同时进行,且第一个反应是可逆过程。     

Photocatalytic reduction of CO<Subscript>2</Subscript> over TiO<Subscript>2</Subscript> based catalysts

At present, carbon dioxide is considered the largest contributor among greenhouse gases. This review covers the current state of problem of carbon dioxide emissions from industrial and combustion processes, the principle of photocatalysis, existing literature related to photocatalytic CO₂ reduction over TiO₂ based catalysts and the effects of important parameters on the process performance including light wavelength and intensity, type of reductant, metal-modified surface, temperature and pressure. Presented at the 34th International Conference of the Slovak Society of Chemical Engineering, Tatranské Matliare, 21–25 May 2007.     

Studies on the effects of coated Li2CO3 on lithium electrode

Although a lithium metal anode has a high energy density compared with a carbon insertion anode, the poor rechargeability prevents the practical use of anode materials. A lithium electrode coated with Li₂CO₃ was prepared as a negative electrode to enhance cycleability through the control of the solid electrolyte interface (SEI) layer formation in Li secondary batteries. The electrochemical characteristics of the SEI layer were examined using chronopotentiometry (CP) and impedance spectroscopy. The Li₂CO₃-SEI layer prevents electrolyte decomposition reaction and has low interface resistance. In addition, the lithium ion diffusion in the SEI layer of the uncoated and the Li₂CO₃-coated electrode was evaluated using chronoamperometry (CA).