Cu（CuM）-MOx/氮掺杂多孔碳纳米线球的组装及其对CO2电催化还原高效产丙醇性能

Currently, the main products of CO2 electrocatalytical reduction are the products containing one carbon or two carbon atoms. It is very difficult to obtain the products with three carbon atoms from the CO2 reduction. Facing the problem, this project intends to design a series of high-performance electrocatalysts of CO2 reduction to produce propanol. The green and renewable chitin is used as carbon and nitrogen source. In order to prepare the materials, we plan to combine “the method of assembly of nanosphere which is made of polymer nanowires” and the method of preparation of Co/Co3O4/C-N nanostructure reported by us. Cu（CuM）-MOx nanostructure can be tightly loaded on the nitrogen-doped carbon nanowires and the nanospheres can be formed.The nanospheres are made of the Cu（CuM）-MOx/nitrogen-doped porous carbon nanowires. Then, we characterize the material such as morphology, size, compose, surface area and pore, element composition and distribution etc. And we measure the electrocatalytical activities to reduce CO2. The materials contain the Cu（CuM）with many defects on the surface, MOx and nitrogen-doped porous carbon. And we want to control the size, constitute and structure to obtain the excellent electrocatalysts for CO2 reduction to produce propanol. The implementation of this project will not only obtain a series of new nanomaterials, and also can reduce the CO2 in the air and simultaneously obtain propanol, which is high-value-added product.

当前电催化还原CO2主要得到一碳产物和二碳产物，很难高效率地获得三碳产物。针对此问题，拟组装一系列电催化还原CO2产生丙醇的高效率电催化剂。用绿色可再生的生物质甲壳素为碳源和氮源，将“组装高分子纳米线球方法”和我们报道的Co/Co3O4/C-N 纳米结构材料制备方法相结合，将纳米铜（或铜合金）-金属氧化物结构（Cu（CuM）-MOx）原位复合到氮掺杂多孔碳纳米线上，形成线球结构材料（Cu（CuM）-MOx/氮掺杂多孔碳纳米线球）。表征其形貌、尺寸、相结构、比表面积和孔特征、元素组成与分布等，测试其对CO2电催化还原性能。材料囊括了含大量表面缺陷的纳米铜（或铜合金）、金属氧化物和氮掺杂多孔碳等成分和具有高比表面积和多孔性等特征，通过尺寸、组成和结构等调控来实现高效率地电催化还原CO2产生丙醇。该研究不仅可获得一系列新颖的三维纳米结构材料，而且可消减大气中的CO2气体、获得高附加值的产物丙醇。

如何有效地减少CO2的排放, 已经成为重要研究课题。其中电化学还原CO2倍受青睐。其性能本质上取决于电催化剂的性能。当前电催化还原CO2很难高效率地获得二碳、三碳产物。研究发展高效率催化CO2还原为二碳产物、丙醇等深度还原产物的电催化剂具有重要意义。首先制备了铜纳米线，经高温下热处理再低电位下还原，获得了部分氧化的铜纳米线r-Cuox，其中r-Cuox(350)电催化剂具有催化二氧化碳还原效率高、电流密度大、稳定性好等特点。提出快速、简易制备Cu-Sn，Cu-In，Cu-Pb, Bi-Sn, Bi-Cu等一系列复合金属纳米材料分别负载在碳纸上的电催化剂，其中Cu-Sn催化剂在电位为-1.8 V时，电化学还原CO2产生CO的法拉第效率可达到96%，电流密度达到55 mA•cm-2，并有极好的稳定性。我们发展了铜银复合纳米材料，在−0.58 v(vs.RHE)的低电位条件下，该材料电催化CO还原为正丙醇的法拉第效率达到 25 %，而原始Cu仅为11 %。制备CuS纳米材料，将其负载到气体扩散电极上，再通过电化学还原转化为铜纳米材料，其催化还原CO产生63%的C2+产物（包含乙烯，乙醇以及乙酸等具有高附加值的二碳产物），同时产生三碳产物正丙醇（13%）和烯丙醇（11%）。电化学尿素氧化反应(UOR)作为传统析氧反应制氢或电催化CO2或CO还原的理想替代阳极半反应，创新性地合成了一种负载在泡沫镍上的亚铁氰化镍催化剂，其具有优越的电催化尿素氧化性能，在1.35 V（vs. RHE）电位下达到100 mA cm-2电流密度。制备了几种性能优越的氧气电催化还原产生双氧水电催化剂，如通过微波-液氮结合的处理方法将商业化介孔碳材料在一分钟内使其变成高效的产生双氧水电催化剂。发展了利用真菌菌丝对不同有机染料的生物富集来制备杂原子掺杂碳纤维材料的新策略。发展了一种制备高比表面积的氮、铁共掺杂多孔碳材方法。