氧化碳的电化学还原

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1、二氧化碳的电化学还原二氧化碳电化学还原的研究背景随着工业的高速发展，地球的生态环境正在遭到严重破坏，其中影响最大的就是所谓的“温室效应”,导致“温室效应”的最直接原因是CO2气体在大气中含量的增加。为了保护人类赖以生存的地球的生态环境，人们已不得不考虑对CO2的控制采取措施。电化学还原和光电化学还原是转化CO2为有价值的化合物的最有效途径。二氧化碳电化学还原的实验装置二氧化碳电化学还原的可能反应途径在经常的析出氢气的电位（相对于饱和甘汞电极）范围内，CO2电化学还原的可能反应途径如下：CO2(g)+8H++

2、8e→CH4(g)+2H2OE0=-0.24VCO2(g)+6H++6e→CH3OH(aq)+H2OE0=-0.38VCO2(g)+4H++4e→HCHO(aq)+H2OE0=-0.48VCO2(g)+2H++2e→CO(g)+H2OE0=-0.52VCO2(g)+2H++2e→HCOOH(aq)E0=-0.61V2CO2(g)+2H++2e→H2C2O4(aq)E0=-0.90V目前从电极材料对CO2还原来看，CO2电化学还原分为以下几个方面：1.金属电极对CO2的电化学还原，金属的中毒性及对CO2还原高

3、的氢超电势，使得对CO2还原的法拉第效率比较低及还原产物的选择性差。2.金属气体扩散电极对CO2的电化学还原,提高了对CO2还原的电流密度，但还原产物主要是C1-C2化合物。3.修饰金属电极对CO2的电化学催化还原，降低了对CO2还原的过电位，提高了电流效率。4.半导体及修饰半导体电极对CO2的光电化学还原，提高了对CO2还原的电流密度，增加了对CO2还原的反应速率。CO2电化学还原研究进展CO2电化学和光电化学还原的发展趋势今后CO2电化学和光电化学还原的研究将更多地集中在以下几个方面：（1）将更多地采用

4、有机溶剂溶解CO2并且利用低温技术（2）电极采用不同的金属，金属氧化物及合金并控制反应温度以选择生成物（3）利用气体扩散电极增加CO2的压强促进反应（4）利用有机络合物多层膜修饰电极，使产物为更复杂的有机物（5）对于光电化学还原，反应装置的设计能够大规模地聚集太阳光，使之能充分利用光能。（6）研究高效的分离技术，使得产物最好能及时从反应体系中分离出来。本文的设想和目的利用纳米薄膜和具有特殊物理性质的纳米复合物及催化剂修饰电极，使得修饰电极对CO2电化学和光电化学还原有较好的催化性。CO2在CuO/TiO2-

5、Cu修饰电极上的光电化学还原本部分工作首先制备了CuO/TiO2复合物修饰Cu电极，并对CO2在这种修饰电极上的光电化学还原行为和催化活性进行了研究。UV-Vis漫反射分析CuO/TiO2粉末紫外-可见吸收光谱CuO/TiO2修饰Cu电极在饱和了CO2的0.1MKHCO3电解液的循环伏图a：暗态b：光照CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分析CuO/TiO2复合物修饰Cu电极的FT-IR光谱a:反应前b:反应7h后CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分析CuO/TiO2复合物修饰

6、Cu电极的XRDa:反应前b:反应7h后CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化的稳定性分析还原产物色质分析的馏分图光电还原产物的定性分析1.制备的CuO/TiO2复合物修饰Cu电极对CO2的光电催化还原表现较高的活性，还原的起始电位在-0.63V。2.制备的CuO/TiO2复合物修饰Cu电极对CO2的光电催化还原为羧酸类和醇类小分子有较好的选择性。3.制备的CuO/TiO2复合物修饰Cu电极对CO2的光电催化还原有较好的稳定性。小结2.Se/CdSe-Pt纳米薄膜修饰电极对CO2的光电催化性本

7、部分利用电化学方法在铂电极上沉积了Se/CdSe纳米薄膜，并研究了该纳米薄膜修饰电极对CO2的光电催化还原，为进一步优化二氧化碳的光电化学还原提供依据。Se/CdSe修饰电极的SEM照片Se/CdSe-Pt修饰电极的物理表征Se/CdSe薄膜的XRDSe/CdSe-Pt修饰电极的物理表征Se/CdSe-Pt修饰电极在饱和了CO2的0.1MKHCO3电解液光电流-电压图a：暗态b：光照Se/CdSe-Pt修饰电极的光电响应分析Se/CdSe-Pt修饰电极对CO2还原的光电催化分析Se/CdSe-Pt修饰电极在

8、分别饱和了CO2和N2的0.1MKHCO3电解液的循环伏安图a：N2，b：CO2还原产物色质分析的馏分图光电还原产物的定性分析1.Se/CdSe-Pt纳米修饰半导体电极在相当正的电位对CO2转化为乙醇有较高的催化性和较好的选择性。2.这表明电极表面是纳米尺寸的半导体电极对CO2光电还原的选择性的提高是非常重要的。3.这种特征的半导体电极对CO2光电还原是一种新的，有效的研究和发展方向。小结3.CO2在PAni/P