新型基底上CO2電還原及離子液體中Pt上吸附CO的研究.pdf

1、碳氧小分子(C為O2和CO)一直是電化學催化中重要的研究對象。其中C02引發(fā)的“溫室效應”己引起廣泛關注,有效的CO2循環(huán)利用研究對于未來能源的可持續(xù)發(fā)展有著巨大的價值。CO作為電化學催化研究中最常見的分子之一,與燃料電池電極反應在內(nèi)的眾多表面過程息息相關。本文以常規(guī)電化學和現(xiàn)場光譜技術為主要手段,研究這兩種小分子在新型基底上或新型介質(zhì)中相關的表面吸附和反應過程,兼具基礎研究與實際應用的意義。
　　1.新型基底上RuO2電催化CO

2、2的還原除實施節(jié)能減排外,有必要研究各種非生物途徑轉化CO2作為補充手段,實現(xiàn)碳資源的循環(huán)利用。其中電還原作為重要途徑之一可以實現(xiàn)利用C02生成HCOOH、CH4等具有重要價值的還原產(chǎn)物。Ru02電極表面還原CO2的超電勢較小,是一種重要的電極備選材料,輔以TiO2基底可有效地提高其催化穩(wěn)定性。目前RuO2/TiO2材料主要采用高溫熱分解TiO2納米粉末和Ru(Ⅲ)鹽或Ru(Ⅲ)和Ti(Ⅳ)鹽混合物來制備,該構建方法制備過程粗糙、催化劑

3、均勻性差且電催化性能不夠理想。對此,本工作首次采用循環(huán)伏安法制備了RuO2/TiO2復合型電極,并比較了TiO2納米粒子和納米管基底上電沉積的Ru02材料的催化性能。結果表明,利用循環(huán)伏安法能夠可控地將RuO2均勻地沉積在TiO2基底的表面,其Ru的用量是熱解法的1/30,而且所得電極的電催化性能顯著提高,克服了傳統(tǒng)方法中存在的諸多缺點。另外,此方法制備的Ru02為無定形態(tài),電極表面C02的起始還原電位為-0.6V(SCE),比熱分解法

4、制備的晶形RuO2催化劑正移了100mV,更有利于CO2的還原且能降低還原所需的能量。近一步的研究表明,TiO2納米管較納米粒子其比表面積更大,是更好的基底材料的備選類型。
　　2.離子液體中Pt表面吸附CO的電化學光譜研究CO作為眾多電化學反應的模型分子之一,在金屬表面的吸、脫附及氧化等過程研究中具有重要意義。水相和少數(shù)有機溶劑體系中的相關工作較為完備,然而,這些溶劑自身的分解特性限制了可供研究的電位區(qū)間,支持電解質(zhì)的引入也使體

5、系變得復雜。離子液體僅含有陰、陽離子,體系簡單,導電性高、電化學窗口寬,是研究CO在金屬表面吸附性質(zhì)的理想溶劑。目前關于離子液體中CO吸附性質(zhì)的光譜研究僅局限在SFG技術,而且并不系統(tǒng)。另外,根據(jù)有效介質(zhì)理論,表面光譜信號會因介質(zhì)而改變,介質(zhì)對紅外信號強度是否有顯著影響也需檢驗。為了研究介質(zhì)對表面紅外光譜信號的影響及拓寬電位區(qū)間便于進一步探索Pt表面吸附CO的性質(zhì),我們采用具有極寬電化學窗口的疏水性離子液體N-甲基丁基哌啶三氟甲烷磺酰亞

6、胺鹽(PiP14TNf2)為溶劑,以對界面反應十分敏銳的表面增強紅外光譜(SEIRAS)技術為主要手段,將研究的電位區(qū)間拓展至4.1V。研究表明:離子液體和水相體系的紅外光譜強度接近;低電位下Pt電極表面線性吸附和橋式吸附的CO(COL、COB)同時存在且信號強度相當。隨著電位的升高,COB逐漸向COL轉化;COL和COts的吸收頻率隨著電位的升高而藍移,相應的Stark斜率在-1.0發(fā)V附近出現(xiàn)拐點;二者的表觀紅外吸收系數(shù)之比為1.2