Cu基电催化剂在CO2还原中的研究进展毕业论文
2021-11-02 20:44:40
摘 要
化石燃料等不可再生能源的消耗造成了大量二氧化碳(CO2)的排放,对生态环境有很大影响。而CO2是地球上潜在的丰富的碳资源,因此寻找合理的方法利用这部分资源是迫切需要的,电化学方法是最有前景的方法之一。
电化学还原CO2法操作条件简便,具有较高的转化率,但其催化材料种类繁多,不同的催化剂还原产物也不同。本文介绍了Cu基电催化剂在CO2还原中的研究进展和应用。Cu基电催化剂能将CO2还原为一碳化合物(C1)和二碳化合物(C2),这对CO2还原研究和利用有很大意义。本文综述了几种不同结构的Cu基电催化剂,对其还原机理和还原产物进行了总结,为CO2选择性还原提供了理论基础,同时指出Cu基电极材料的一些潜在的问题并提出一些合理的解决办法。
关键词:CO2还原;电催化;Cu基材料;选择性
Abstract
The continuous consumption of non-renewable energy such as fossil fuel has caused a lot of carbon dioxide (CO2) emissions, which have a great impact on the ecological environment. However, CO2 is a potential rich carbon resource on the earth. So it is urgent to find a reasonable way to use this resource. Electrochemical method is one of the most promising methods.
The CO2 electroreduction has the advantages of convenient operation and high conversion rate. However, there are many kinds of catalytic materials and different reduction products. The research progress and application of Cu-based electrocatalysts in CO2 reduction are introduced in this paper. Cu-based electrocatalysts can reduce CO2 into one carbon compounds (C1) and two carbon compounds (C2), which is of great significance to the research and utilization of CO2 reduction. In this paper, several kinds of Cu-based electrocatalysts with different structures are reviewed, and the reduction mechanism and products are summarized, which provide the basis for CO2 selective reduction. At the same time, some potential problems of Cu-based electrocatalysts are pointed out and some reasonable solutions are put forward.
Key Words: CO2 reduction; Electrocatalysis; Cu-based materials; selectivity
目 录
第1章 绪论 1
第2章 CO2电化学还原及催化剂选择 2
2.1 CO2电化学还原 2
2.2 催化剂选择 3
第3章 Cu基电催化剂在CO2还原中的应用 4
3.1 单质铜催化剂在CO2还原中的应用 5
3.1.1 块状铜催化剂在CO2还原中的应用 5
3.1.2 单晶铜电催化剂在CO2还原中的应用 5
3.1.3 铜基纳米电催化剂在CO2还原中的应用 6
3.1.4小结 7
3.2 Cu基双金属催化剂在CO2还原中的应用 7
3.2.1 Cu基贵金属催化剂在CO2还原中的应用 7
3.2.2 Cu基非贵金属催化剂在CO2还原中的应用 8
3.2.3小结 10
3.3 Cu氧化物和硫化物催化剂在CO2还原中的应用 10
3.3.1 Cu氧化物在CO2还原中的应用 10
3.3.2 Cu硫化物催化剂在CO2还原中的应用 13
3.3.3 小结 13
3.4 Cu基MOF电催化剂在CO2还原中的应用 13
3.4.1 Cu基MOFs材料 14
3.4.2 Cu基MOFs衍生材料 14
3.4.3 小结 14
第4章 总结和展望 16
参考文献 17
致 谢 21
第1章 绪论
自工业革命后人类对能源的使用量日益增加,这导致大气中CO2的排放量也日益增加,由此引起一系列环境问题,例如温室效应等。释放的二氧化碳大约有57%进入大气层,其余的则进入海洋,造成海洋酸化[1]。因此,急需寻找有效的方法来减少CO2的排放量,缓解其造成的环境问题。CO2同时也是廉价、丰富的C1原料,将其转化为便于利用的燃料,一方面可以减少大气中CO2的含量;另一方面也可提供能源,缓解能源危机,变废为宝。
CO2是含碳化合物燃烧的最终产物,其标准摩尔生成焓为-394.38 kJ/mol,在热力学上是非常稳定的,反应活性低,要想断开CO2中的C=O双键还是具有很大的挑战性。目前把CO2转化为可用能源的常用方法有热化学法(如催化加氢)、光化学还原法和电化学还原法等。其中,电化学还原法操作条件相对简便,可以在常温常压下进行,反应过程更易于控制。在CO2还原中表现出显著优势[2]。图1.1展示了CO2产生与利用的简要流程图。
图1.1 CO2的产生与利用[2]
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