[EMIM][BF4]離子液體電解質(zhì)中nano-TiO2-Ti基電極用于電催化還原CO2性能的研究.pdf

1、進(jìn)入二十一世紀(jì)隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，世界各國(guó)對(duì)能源的需要日益加大，但同時(shí)大量化石燃料燃燒導(dǎo)致了嚴(yán)重的空氣污染以及CO2等溫室效應(yīng)，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類(lèi)的生存。如何能有效地減小CO2的排放量以緩解溫室效應(yīng)對(duì)環(huán)境的影響，是全球科學(xué)工作者面臨的不可回避的課題。二氧化碳的固定封存成本過(guò)高，且對(duì)環(huán)境存在潛在的危害，因此世界各國(guó)催化、能源等領(lǐng)域的科技工作者越來(lái)越多關(guān)注CO2的化學(xué)轉(zhuǎn)化及利用。
　　但是，對(duì)CO2化學(xué)利用涉及兩方面的問(wèn)題，一是如

2、何獲得轉(zhuǎn)化所需的氫源（或者其他能與CO2反應(yīng)的物質(zhì)）；二是如何高效的活化惰性的CO2分子。電化學(xué)反應(yīng)是通過(guò)反應(yīng)物在電極上得失電子來(lái)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)底物的氧化與還原過(guò)程，避免了普通化學(xué)反應(yīng)中使用的氧化還原試劑對(duì)環(huán)境造成的潛在的污染。
　　針對(duì)以上兩大問(wèn)題，本論文提出以下解決方案，首先采用離子液體-水的混合電解液體系，同時(shí)解決CO2的溶解度和氫的來(lái)源問(wèn)題，其次合成納米復(fù)合電極，電化學(xué)法使 CO2活化并加氫，達(dá)到電催化還原 CO2生成一碳有機(jī)小

3、分子的目的，為CO2的綠色高效利用提供新思路。
　　本論文以高純Ti板為基體材料，0.5％ HF溶液作電解液，采用恒壓陽(yáng)極氧化和高溫處理工藝制備nano-TiO2/Ti薄膜電極，并以薄膜電極為基礎(chǔ)電極，分別采用恒電位和單極脈沖法在此膜上電沉積納米 Pb和 Cu制備Pb/nano-TiO2/Ti以及Cu/nano-TiO2/Ti納米復(fù)合電極。
　　XRD、SEM、EDS等物理表征結(jié)果表明，所制備的nano-TiO2/Ti薄膜電

4、極表面是銳鈦礦型的 TiO2納米管陣列；恒電位制備的 Pb/nano-TiO2/Ti復(fù)合電極表面Pb隨通電量的變化形貌有較大的變化，總體呈較大的不規(guī)則形貌；單極脈沖法制備的Pb/nano-TiO2/Ti復(fù)合電極表面Pb形貌更加規(guī)則，呈粒徑均勻的球形顆粒；單極脈沖法制備的 Cu/nano-TiO2/Ti復(fù)合電極表面Cu呈簇狀分布。
　　采用循環(huán)伏安法（CV）對(duì)所制備電極材料在[EMIM][BF4]-H2O體系中電催化還原CO2性能進(jìn)

5、行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，純Ti板對(duì)析氫反應(yīng)有一定的催化活性，但對(duì)CO2電還原幾乎沒(méi)有催化活性；nano-TiO2/Ti薄膜電極對(duì)CO2電還原反應(yīng)有一定的催化活性，說(shuō)明將納米TiO2與金屬Ti板復(fù)合后產(chǎn)生了CO2吸附電還原與析氫過(guò)程耦合效應(yīng)；單極脈沖法制備的Pb/nano-TiO2/Ti復(fù)合電極對(duì) CO2的電還原反應(yīng)表現(xiàn)出較好的催化活性；Cu/nano-TiO2/Ti復(fù)合電極由于Cu本身性質(zhì)不穩(wěn)定，在電還原CO2的測(cè)試中未表現(xiàn)出催化活性。