人類對(duì)化石燃料的過度消耗不僅加速了有限自然資源的枯竭,也導(dǎo)致了溫室氣體二氧化碳的超量排放。隨著全球變暖日益加劇,探索有效的技術(shù)途徑去降低大氣中CO2濃度已成為各國政府和科學(xué)家的重點(diǎn)研究方向。在幾種可行的CO2利用策略（光化學(xué)法、生物化學(xué)法、熱化學(xué)法及電化學(xué)法）中,通過電化學(xué)還原CO2并使之轉(zhuǎn)變成對(duì)人類有益的碳?xì)浠衔锶剂系募夹g(shù)尤其具有吸引力。因?yàn)樵摲椒ㄔ诔爻合逻M(jìn)行,且不受卡諾循環(huán)限制,真正實(shí)現(xiàn)碳元素的循環(huán)使用。氮循環(huán)與碳循環(huán)一起,是構(gòu)成地球生態(tài)系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)。通過電催化將氮?dú)庵苯愚D(zhuǎn)化為氨,能極大降低整個(gè)合成氨過程中的能量消耗和碳排放。然而,目前限制CO2/N2電還原技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸在于反應(yīng)電流密度較小、特定產(chǎn)物選擇性較差、所需過電位較高以及析氫副反應(yīng)嚴(yán)重等。因此,如何通過更高效催化劑的理性設(shè)計(jì)與可控合成,并結(jié)合催化機(jī)制和構(gòu)效關(guān)系的理解調(diào)控,從而提升目標(biāo)產(chǎn)物的還原反應(yīng)速率和生成量依然是目前亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。針對(duì)上述研究現(xiàn)狀,本論文對(duì)于CO2/N2電還原催化劑的設(shè)計(jì)調(diào)控主要分為三部分。第一部分集中在金屬二維材料的晶面與原子層厚度調(diào)控;第二部分集中在金屬單原子的可控合成與... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省211工程院校985工程院校

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 二氧化碳電還原概述
        1.2.1 二氧化碳電還原基本原理
        1.2.2 二氧化碳電還原性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
        1.2.3 二氧化碳電還原膜電極全電解池
        1.2.4 二氧化碳電還原的前景和挑戰(zhàn)
    1.3 氮?dú)怆娺�原簡介
        1.3.1 氮?dú)怆娺�原反應(yīng)機(jī)理
        1.3.2 氮?dú)怆娺�原的優(yōu)勢和面臨的科學(xué)問題
    1.4 電催化劑的設(shè)計(jì)
        1.4.1 二維金屬催化劑
        1.4.2 單原子金屬催化劑
        1.4.3 二維碳基無金屬催化劑
    1.5 活性調(diào)控策略
        1.5.1 厚度及尺寸調(diào)控
        1.5.2 晶相及應(yīng)變調(diào)控
        1.5.3 孔隙及邊緣調(diào)控
        1.5.4 界面工程
        1.5.5 缺陷工程
        1.5.6 元素?fù)诫s
        1.5.7 分子增強(qiáng)策略
    1.6 本論文的研究思路和內(nèi)容
        1.6.1 研究思路
        1.6.2 研究內(nèi)容
第2章 材料制備及表征方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)所用材料和儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 物化性質(zhì)表征
    2.3 電化學(xué)性能表征
    2.4 CO_2RR產(chǎn)物檢測校準(zhǔn)分析
    2.5 N_2RR產(chǎn)物檢測校準(zhǔn)分析
第3章 單原子層鉍烯用于高效CO_2電還原
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 單原子層鉍烯的制備
        3.2.2 Bi(111)和Bi(011)理論計(jì)算
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 鉍烯的形貌和結(jié)構(gòu)分析
        3.3.2 鉍納米片厚度相關(guān)的CO_2RR活性
        3.3.3 鉍納米片厚度相關(guān)的CO_2RR穩(wěn)定性
        3.3.4 鉍烯的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
        3.3.5 非致密性鉍烯催化層的構(gòu)建
        3.3.6 鉍烯CO_2RR活性的機(jī)理研究
    3.4 本章小結(jié)
第4章 金納米片還原CO_2的活性機(jī)制探究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 Au三角納米片的制備
        4.2.2 AuNSs@def-GO催化劑的制備
        4.2.3 ~(13)CO_2同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)
        4.2.4 理論計(jì)算
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 AuNSs@def-GO的形貌和結(jié)構(gòu)分析
        4.3.2 AuNSs@def-GO的CO_2RR性能表征
        4.3.3 AuNSs@def-GO@BP催化層的構(gòu)建
        4.3.4 PEM-CO_2還原全電解器的設(shè)計(jì)
        4.3.5 CO_2RR活性的機(jī)理研究
    4.4 本章小結(jié)
第5章 ZnN_4基單原子催化劑CO_2RR的構(gòu)效關(guān)系研究
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 ZnN_4/C催化劑的制備
        5.2.2 理論計(jì)算
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 ZnN_4/C的形貌和結(jié)構(gòu)分析
        5.3.2 ZnN_4/C的結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化
        5.3.3 ZnN_4/C的CO_2RR活性探究
        5.3.4 ZnN_4/C的CO_2RR動(dòng)力學(xué)研究
        5.3.5 ZnN_4/C的CO_2RR活性來源研究
        5.3.6 CO_2RR活性的機(jī)理解釋
    5.4 本章小結(jié)
第6章 氧缺陷錨定的單原子Fe基高效氮還原催化劑
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)部分
        6.2.1 Fe_(SA)-O-C催化劑的制備
        6.2.2 ~(15)N_2同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 PC和Fe_(SA)-O-C的形貌和結(jié)構(gòu)表征
        6.3.2 Fe_(SA)-O-C的N_2RR活性探究
        6.3.3 ~(15)N_2同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)
        6.3.4 原位EXAFS實(shí)驗(yàn)和DFT計(jì)算
        6.3.5 Fe_(SA)-O-C的N_2RR穩(wěn)定性
        6.3.6 PEM-N_2還原全電解器的設(shè)計(jì)
    6.4 本章小結(jié)
第7章 揭示碳上含氧官能團(tuán)在CO_2RR中的作用本質(zhì)
    7.1 引言
    7.2 實(shí)驗(yàn)部分
        7.2.1 GNDs催化劑的制備
        7.2.2 原位紅外實(shí)驗(yàn)
        7.2.3 理論計(jì)算
    7.3 結(jié)果與討論
        7.3.1 GNDs的形貌和結(jié)構(gòu)分析
        7.3.2 GNDs的CO_2RR性能分析
        7.3.3 GNDs上含氧官能團(tuán)的作用本質(zhì)
        7.3.4 CO_2RR活性循環(huán)再生
    7.4 含氮官能化的GNDs用于熒光標(biāo)記
        7.4.1 引言
        7.4.2 afGNDs和hGNDs的制備
        7.4.3 afGNDs的形貌和結(jié)構(gòu)表征
        7.4.4 afGNDs的發(fā)光性能研究
        7.4.5 afGNDs的熒光增強(qiáng)機(jī)理研究
    7.5 本章小結(jié)
第8章 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
附錄 英文縮寫索引
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果



本文編號(hào)：3630603