CO2电化学催化还原.ppt

不同预处理方法铜电极电催化还原CO2的比较研究,汇报人：,主要内容,研究背景及意义,研究背景及意义,Source:/wiki/CO2,72%,研究背景及意义,研究背景及意义,减少二氧化碳排放的技术？,不能从根本解决问题,研究背景及意义,二氧化碳还原技术微生物燃料电池技术光催化还原技术加氢气整合技术电催化还原技术,主要的还原产物：碳氢化合物氢气一氧化碳,研究背景及意义,替代能源：燃料电池甲醇生物燃油(玉米制酒精）生物能太阳能潮汐能和风能等,Source:/wiki/,研究内容与实验方法,研究内容,研究内容与实验方法,实验方法,质子交换膜,H+,CO2,还原产物,CE,WE,RE,电化学工作站,三电极体系电化学催化还原CO2,研究内容与实验方法,实验步骤,研究内容与实验方法,1、电极的制备,500煅烧12h,Source:Christinaetal.J.Am.Chem.Soc.(2012),Source:Renetal.Elechem.Soc.(2011),研究内容与实验方法,1、电极的制备基底电极：纯铜电极在500下煅烧12h,得到Cu2O薄膜，经还原后为实验使用的基底电极。Cu/Cu2O：在制备好的基底电极上电沉积Cu2O薄膜采用醋酸铜体系，-0.2V恒电位沉积。,研究内容与实验方法,1、电极的制备Cu/In/Cu2O:采用硫酸盐体系电镀In,然后再在In外层用同样方法电沉积Cu2O,500煅烧12h,Cu2O薄膜还原,In,Cu2O,Cu2O,硫酸盐体系电沉积,醋酸铜体系电沉积,研究内容与实验方法,2、电解液的选择与预处理采用0.5MNa2SO4与0.5MKHCO3SO42-与Na+电解产物的法拉第效率高，HCO3-和K+产甲酸的速率快预处理：电解液进行预电解电解液进行预电解可有效缓解催化剂钝化的现象,Source:Wuetal.Elechem.Soc.(2012),Source:Horietal.Electrochimica.Acta.(2005),研究内容与实验方法,3、表征测试技术,RDE：计算限制性步骤的电子转移RRDE：得到每一步骤电子转移的还原产物信息,Koutecky-Levich公式：,Source:Liuetal.Angew.ChemInt.Ed.(2010),研究内容与实验方法,合成纳米催化剂,Source:Wuetal.Angew.ChemInt.Ed(2007),Source:Tanetal.NanoLett.Vol(2007),难点及存在问题,CO2成键方式C原子的两个sp杂化轨道分别与一个O原子生成两个键C原子上未杂化的p轨道与sp杂化轨道成直角，从侧面同氧原子的p轨道分别肩并肩地发生重叠，生成两个三中心四电子的离域键。缩短了碳氧原子间地距离，使CO2中碳氧键具有一定程度的三键特征,Source:/wiki/CO2,CO2具有热力学稳定性和动力学惰性,难点及存在问题,CO2还原过程可能的反应CO2+e-CO2-Eo=-1.90V(1)CO2+2H+2e-CO+H2OEo=-0.53V(2)CO2+2H+2e-HCO2HEo=-0.61V(3)CO2+4H+4e-HCHO+H2OEo=-0.48V(4)CO2+6H+6e-CH3OH+H2OEo=-0.38V(5)CO2+8H+8e-CH4+H2OEo=-0.24V(6)2H+2e-H2Eo=-0.41V(7),限制性步骤,难点及存在问题,Source:Schneideretal.Chem.Sco.Rev(2012),难点及存在问题,选In作为催化剂的原因In的析氢电位高，可有效防止氢气的析出，对CO的吸附力较强，可有效减少CO的法拉第效率第一限制性步骤的氧化还原电位减少至-1.6V,难点及存在问题,Cu2O具有弱氧化性Cu离子的氧化还原电位稍正于CO2的氧化还原电位，Cu2O先于CO2还原为Cu氧化亚铜易被碳、氢、一氧化碳、碳氢化合物还原成金属铜Cu2O不稳定Cu2O在潮湿的空气中易被氧化为CuO,Cu2O被还原为Cu，呈现Cu的催化活性，导致催化剂失活,制备好的电极可能在样品检测过程中表面物质元素信息会发生变化,难点及存在问题,实验室缺少做RDE或RRDE的装置与配件电化学工作站760D（2个月左右）旋转圆盘转子（美国PINE公司）无法得知CO2与金属催化剂反应时如何接触反应,Cu原子表面,CO2,难点及存在问题,Source:,难点及存在问题,还原产物的采集与检测气态还原产物主要为CO、H2、CH4、C2H4、甲醇、乙醇等，实验室无法进行气体检测还原产物量极少，取样过程可能会存在误差气体产物的排放高纯CO2使用安全注意事项,Henry定律：P=kx通过该定律计算气态产物中甲醇的含量,研究进度安排,研究进度安排,已完成内容实验方案确定实验材料、实验装置购买实验电化学技术参数确定电极制备,THANKS,研究背景及意义,微生物燃料电池技术,Source:Mariannaet.,Bio.Technol.(2010),发生反应:CO2+8H+8eCH4+2H2O,存在问题：1、膜污染、老化问题严重2、缺少高效菌种3、还原产物对微生物会有毒害作用,研究背景及意义,光催化还原技术,存在问题