多孔碳负载银纳米颗粒的制备及其电催化CO2还原性能的研究
电催化还原二氧化碳(ECR)为高附加值的化学品是缓解目前气候危机和能源危机的有效策略之一。但是CO2分子存在固有的热力学稳定性和动力学惰性，因此需要优异的电催化剂来实现高效的ECR过程。据文献报道，Ag基催化剂可以高选择性地将CO2电催化还原为CO，但仍存在电流密度低、成本高等问题，难以进行工业化应用。为Ag基纳米材料选择适宜的载体，不仅可以提供更大的比表面积和更多的活性位点，提升Ag的催化活性，同时可以降低催化剂的制造成本。基于此，本文设计制备了多孔碳负载银纳米颗粒复合材料，并研究其电催化还原CO2的性能。主要工作概括如下: 1)以SiO2胶体晶体为硬模板，F127为介孔导向剂，利用双模板法成功制备了镍氮共掺杂三维有序大孔/介孔碳材料(Ni-N-OMMC)。所制备的多孔碳材料具有三维有序互联的大孔，孔径约为255nm;大孔孔壁上布满有序介孔，介孔孔径约为15nm。大孔和介孔可以提供高效的质量/电荷传输和较大的比表面积。此外，该材料具有丰富的可促进ECR活性的Ni-Nx和吡啶-N活性位点，因此是作为Ag纳米颗粒载体的优良材料。 2)分别以Ni-N-OMMC，OMMC和炭黑(XC-72R)为载体，利用简单的化学还原法分别制备了Ag负载量为40wt％的Ni-N-OMMC@Ag，OMMC@Ag和XC-72R@Ag三种复合材料。三种不同载体上的Ag颗粒分布均匀，大小均一，粒径分别为6.6nm，6.9nm和8.4nm。相比于XC-72R，Ni-N-OMMC和OMMC上负载的银颗粒更小，是由于介孔限制了Ag颗粒的生长。通过ECR测试发现，Ni-N-OMMC@Ag具有最佳的ECR活性，CO的法拉第效率高达98.7％，并且CO的最大分电流密度可达33.3mA·cm-2。 3)以Ni-N-OMMC为载体，利用同样的化学还原法制备了Ni-N-OMMC@Ag-20wt％和Ni-N-OMMC@Ag-60wt％两种复合材料。由物理表征可知，Ni-N-OMMC@Ag-20wt％上的Ag颗粒尺寸均一，分布均匀，平均粒径为7.1nm。Ni-N-OMMC@Ag-60wt％上的Ag颗粒出现了明显的团聚，有一部分较大的颗粒，平均粒径为10.5nm。通过ECR测试发现，Ni-N-OMMC@Ag-20wt％可能因为含银量较少，ECR性能略差于Ni-N-OMMC@Ag-40wt％。而Ni-N-OMMC@Ag-60wt％由于Ag颗粒的粒径较大，增强了HER反应，因此表现出最差的ECR活性。
多孔碳负载银纳米颗粒;制备工艺;二氧化碳;电催化还原性能
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
徐联宾
2021
中文
TQ426.8
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）