摘要
随着全球温室气体含量上升以及催化技术不断发展，利用可再生电力资源将二氧化碳(CO2)还原为更有附加值的化学品和燃料，这种变废为宝的研究方向成为学术界研究热点，由于CO2分子性质稳定，反应缓慢且过程复杂，需要高效强劲的催化剂才能促成这种转换反应。铜在催化二氧化碳还原反应(CO2RR)中表现出明显的优势，尽管近年来研究者对铜基材料进行了广泛探索，但想要满足实际工业应用的需求，还需要取得进一步更加实质性的进步。 本文旨在通过简单的沉积法来合成铜锡(Cu@Sn)纳米材料和铜银(Cu@Ag)纳米材料，通过Cu-Sn和Cu-Ag金属间协同作用来提高材料的催化性能。 1.利用电沉积法在碳纸上制备Sn改性的铜基纳米材料，经过高温煅烧处理，更好的形成氧化合金，再利用电化学方法将材料还原，最后进行CO2RR性能测试，经还原后的Cu@Sn合金的尺寸变得细小和均匀，更好地发挥金属协同作用。运用SEM、XRD、STEM等多种表征手段，对材料的形貌，组成和结构进行分析。对材料在不同电压条件下不同电流密度的稳定性、不同煅烧温度材料对CO的法拉第效率、稳定性安培曲线等性能进行了测试和分析。通过改变电镀时间，改变煅烧温度等条件来探究催化剂的最优性能，可以发现当Cu∶Sn=14∶1，煅烧温度为500℃时材料的CO2RR性能最佳。在电位为-1.8V(vs.RHE)时，CO的法拉第效率(FE)可达到96%，电流密度达到55mA·cm-2，并且该材料有一个强劲的稳定性，可持续36h。与Cu催化的CO法拉第效率(65%)相比，Sn改性的铜基纳米材料具有优良的电催化还原CO2的性能。 2.利用简单的室温沉积法、结合高温煅烧和性能测试前电化学还原等操作，制备了Cu@Ag纳米材料，最后进行一氧化碳(CO)电化学还原性能测试。采用多种表征方法，对材料的结构和组成等信息进行了分析，通过不同煅烧温度条件下CO还原产物的法拉第效率、不同电位条件下的电流密度、不同电势下CO还原产物的法拉第效率等对材料的性能进行了分析，通过改变煅烧温度，改变Cu和Ag原子的掺杂比例来探索催化剂的最优性能。发现掺Ag后材料依然保留原铜材料的纳米片形貌，不同的是尺寸明显变小。当Cu∶Ag=20∶1，且煅烧温度为400℃时材料催化性能表现最佳。在电位为-0.5V(vs.RHE)时，正丙醇(n-Propanol)的法拉第效率可达到(24±1)%，电流密度为7mA·cm-2。
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