镍氮共掺杂的碳基复合材料电还原二氧化碳性能研究
化石燃料燃烧所释放的大量CO2引发了越来越严重的环境问题。将CO2电化学还原为高附加值的产品，是解决气候变暖、能源紧缺等问题的理想方式。然而CO2是高度稳定的分子，需要适当的催化剂才能活化。因此，高活性、高选择性的电催化剂成为当前电化学还原CO2领域的研究重点。其中，过渡金属与氮元素共掺杂的碳基复合材料因其价格低廉、储量丰富、结构可控等优点得到了广大科研人员的青睐，有望成为未来电化学还原CO2催化剂的主力军。基于此，本论文围绕镍氮共掺杂的碳基电催化剂展开研究，论文主要工作如下： 1.商业炭黑（XC-72）自身的孔结构非常好，既有介孔又有微孔。通过对XC-72进行化学改性，得到富含有机基团的氧化炭黑，可以实现氮掺杂，因此选用氧化炭黑作为电催化剂的载体。并以氯化镍作为镍源，三聚氰胺为氮源。通过超声分散、搅拌过夜、冷冻干燥以及高温煅烧一系列实验操作，制得了镍氮共掺杂的碳基电催化剂Ni/N-C。在CO2饱和的0.5mol/L KHCO3电解液中，Ni/N-C催化剂可以在?0.74V（vs.RHE）的电位下实现98%的CO选择性，此时的电流密度可达16mA/cm2。其催化性能与之前文献报道的单原子镍基电催化剂的性能相当。此外，还考察了金属含量、干燥方式、煅烧温度等实验参数对催化性能的影响，并进行了合理的解释。 2.以四硼酸钠为结构导向剂，葡萄糖在水热条件下得到富含有机基团的多聚糖，以此作为电催化剂的载体，为氮元素的掺杂提供了有利条件。选用单核镍配合物NiTPP作为镍源，提高了活性中心镍原子的使用率，避免煅烧过程中金属原子的迁移和团聚。并选用三聚氰胺作为氮源，同样是经过超声分散、搅拌过夜、冷冻干燥以及高温煅烧一系列实验操作，最终得到了镍氮共掺杂的碳基催化剂NiTPP/N-G-750。NiTPP/N-G-750催化剂具有良好的催化活性，在?0.87V（vs.RHE）的外加电压下，CO的法拉第效率达到最大值95%，此时电流密度约为8mA/cm2。NiTPP/N-G-750的催化性能与许多已报道的单原子镍基催化剂的性能非常接近。
二氧化碳;电催化还原;碳基复合材料;镍氮共掺杂
郑州大学
硕士
物理化学
李春辉
2020
中文
O621.254.2
2020-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）