摘要
化石燃料的大规模应用在带给人们诸多便利的同时，也造成了过量二氧化碳（CO2）的排放。大气与海洋中CO2浓度的剧烈上升导致自然碳循环被破坏，由此引发的全球生态环境变化，如温室效应和海洋酸化等，将极大地影响人类的生存与发展。电催化CO2还原反应（CO2RR）可以实现CO2的资源化利用，以高能量密度的化学形式储存电能，具有广阔的应用前景。本论文以Ag作为活性组分，通过等体积浸渍法分别与碳微球（CM）和四氧化三锰（Mn3O4）进行复合材料的制备，进一步将Ag/CM前体通过焙烧还原为珊瑚状的多孔Ag（CD-Ag）催化剂，研究了CD-Ag催化剂和Ag/Mn3O4催化剂的电还原CO2生成CO的性能。 首先，以葡萄糖为碳源，通过水热法制备了CM，随后经过等体积浸渍法实现了AgNO3与CM的复合，最后通过焙烧还原得到CD-Ag催化剂。通过改变浸渍过程中 AgNO3的用量，制备得到一系列具有不同形貌和尺寸的 CD-Ag 催化剂。研究发现，15CD-Ag催化剂是由均匀微小的Ag颗粒和均匀的孔径构成的珊瑚状多孔结构，而10CD-Ag和20CD-Ag催化剂则表现出不同程度的Ag颗粒团聚和孔隙分布不均匀的形貌。电化学测试的结果表明，与Ag箔相比，CD-Ag电极具有更小的 CO 生成起始电位，在较宽的电位范围内表现出更好的电催化CO2RR性能。相比其它电极，15CD-Ag电极具有最大的电化学活性表面积，大约是Ag箔电极的40倍。在-0.95 V vs. RHE 的电位下，15CD-Ag电极的FECO为89.7%，并且能够在 5 h 的电解过程中维持一个相对稳定的电流密度和产物 CO的选择性。Tafel测试的机理研究表明，在CD-Ag电极上电催化CO2RR的速率控制步骤是第一步的质子耦合电子转移步骤。 此外，通过氧化沉淀法，以不同添加剂作为表面活性剂制备了具有不同形貌和尺寸的Mn3O4载体，通过等体积浸渍的方法将AgNO3负载到Mn3O4载体上，最后通过焙烧将载体表面的AgNO3分解还原为Ag纳米粒子。研究发现，以柠檬酸为添加剂制备得到的具有均匀分布的多面体形貌和较小尺寸的 Mn3O4载体更有利于Ag的负载和分散，Ag负载量的增加容易造成Ag团聚堆积，使催化剂失去均匀分散的形貌。电化学测试的结果表明，以 C6H8O7为添加剂制备得到的0.10Ag/Mn3O4催化剂具有最佳的电催化CO2RR活性和选择性，在-0.95 V vs. RHE的电位下，该催化剂的FECO为65.9%，并且能够在7 h的电解过程中维持一个约-5.9 mA/cm2的相对稳定的电流密度，产物CO的FE也能保持在60%左右。
NETL