摘要
近年来，大气中的CO2浓度不断上升，引发了很多环境问题。将CO2转化为碳氢化合物，既能解决环境问题又能节约化石燃料的使用，同时变废为宝。其中，使用电化学方法还原CO2，可将 CO2转化为碳氢化合物。在此过程中，如何制备性能优良的催化剂，显得至关重要。金属Cu及其合金，是唯一一种可以高效将CO2还原为多碳(C2+)产物的金属催化剂。但是，金属Cu催化剂的高过电位，低选择性依然是妨碍其应用的主要问题。为了克服这些缺陷，很多课题组提出了双金属催化剂的解决思路，即通过引入第二种金属来提升Cu催化剂的性能，主要包括合金，核壳结构等类型。双金属催化剂独特的结构，可使金属的原子轨道发生杂化，改变d-band中心位置。其中，AuCu合金通过修饰d-band，能降低表面结合能，进而降低中间反应的自由能ΔG，增加CO的产量，同时抑制析氢反应。本文主要通过调控CuAu合金，增强Cu基催化剂的稳定性和选择性。论文内容如下： (1)使用去合金法腐蚀 Cu-Al 合金，制备纳米多孔铜 (NPC) 前驱体。在制备纳米多孔铜的过程中，对主要的实验条件，如合金成分，腐蚀温度，去合金时间等参数进行系统研究，得到了最佳的制备条件。 (2)使用湿法合成法制备纳米多孔AuCu合金，最终得到的催化剂表面以AuCu合金为主，内部以纳米多孔Cu为主。Au，Cu合金化后，能显著提升催化效果。其中Au，Cu原子相间分布的结构能明显地提升催化效率，在 -0.7 V (vs.RHE)下反应时， FE(CO)可达95%以上。且连续反应10小时后，催化效果没有显著降低。 (3)合成气是一种CO和H2的混合气，是一种重要的工业原料，可以转化为碳氢化合物或小分子。不同成分的合成气可以制备不同的工业产品，为了将电催化 CO2的产物更便利的用于工业化生产，我们设计了一系列的AuCu合金催化剂，以生成不同H2/CO比的合成气。最终，制得的H2/CO可调比例很大，可调比值范围在 0.2–2之间。
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