三维Ag和泡沫Ag电极电催化还原CO2

来源 :浙江工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pgq1989
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化石燃料在推动经济发展的同时产生大量CO2,CO2作为一种主要的温室气体会导致温室效应并引发系列全球性环境问题。但作为潜在含碳原材料,可通过电催化作用将其转化为可利用的碳氢化合物。电催化反应易控且电能可通过太阳能或水能再生,然而由于CO2热力学稳定,活化能较高,且目前研究的催化剂活性和稳定性不高,因此研究开发新型有效的电化学还原CO2的催化电极具有重大意义。在磷酸钠水溶液中通过氧化还原循环技术制备了三维纳米银电极(3D-Ag),采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和双电位阶跃等方法表征了3D-Ag电极的结构和性能,并进行电化学还原CO2催化活性、选择性和稳定性测试。实验结果表明所制备的3D-Ag电极上均匀分布了(100)和(111)晶面暴露的Ag颗粒,粒径分布在30150nm之间。相比未改性的Ag电极,3D-Ag电极还原CO2生成CO具有更高的活性和选择性,3D-Ag电极和平板Ag电极CO的法拉第效率最高值分别为84.07%和79.95%。此外,3D-Ag电极在3组连续的2 h电化学还原CO2序批实验中均能保持较高活性,而未改性Ag电极随反应时间逐渐失活。分析塔菲尔曲线后发现两种电极还原CO2生成CO的反应机理一致,3D-Ag电极表现出的高活性和稳定性可归因于Ag纳米颗粒的晶面组成有利于*COOH的稳定化和吸附态还原中间体*CO的脱附。此外,泡沫银电极(Foam-Ag)经过XRD、SEM、HRTEM以及粗糙因子等表征后发现Foam-Ag电极表面的Ag颗粒团簇后形成的多孔珊瑚网状结构尺寸在315μm之间,电极上Ag颗粒仅为(111)晶面暴露,Foam-Ag电极粗糙因子是未改性的Ag电极的1.3倍。在电化学还原CO2性能表征中发现Foam-Ag电极与多晶Ag电极相比,还原CO2制备合成气具有更宽的电极电位和更高的稳定性,且在大于100 mA·cm-2的高电流密度下仍具有较高催化活性,能量效率高于25%。此外,Foam-Ag电极在连续12 h还原CO2反应后仍能制备H2和CO比率为1的合成气,表明所制备电极稳定性较高,这主要归因于Foam-Ag电极表面Ag的纳米结构、丰富边角位数量和利于*CO脱附的(111)晶面暴露。
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