在CuFeO2纳米簇/CuInS2薄膜复合电极上CO2光电催化还原反应研究

基本信息
批准号:21676010
项目类别:面上项目
资助金额:64.00
负责人:元炯亮
学科分类:
依托单位:北京化工大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:孙建军,卫建军,左晓宇,米晓彤,夏春成,王亚静,王聚欣,杨柳
关键词:
CuFeO2纳米簇光电催化二氧化碳铜铟硫薄膜复合电极
结项摘要

Nowadays, the formation rate of methanol is low in photoelectrocatalytic reduction of carbon dioxide to methanol. In this study, CuFeO2 nanocluster/CuInS2 thin film composite photocathode is suggested to enhance the rate of CO2 reduction and the selectivity of methanol in photoelectrocatalytic reduction of CO2..Firstly, CuFeO2 nanocluster/CuInS2 thin film composite electrode is fabricated by electrodepositing CuFeO2 nanoclusters on CuInS2 thin film electrode. The effect of fabrication technology on the particle size, coverage, crystal structure and lattice defect of the nanoclusters is studied, and the influence of the structure of the composite electrode on its surface electronic structure is investigated. Secondly, the dependence of the onset potential and the rate of CO2 reduction on the composite electrode structure is examined. The effect of the local coordination structure around the atoms in CuFeO2 nanoclusters and the surface electronic structure of the composite electrode on the charge transfer and the mass transfer in CO2 reduction reaction is studied, the mechanism for regulating the rate of CO2 reduction is therefore elucidated. Furthermore, the influence of the composite electrode structure and pyridine co-catalyst on the selectivity of methanol is studied. The quantity of adsorbed hydrogen on the composite electrode surface is regulated by the local coordination structure around the atoms in CuFeO2 nanoclusters and the surface electronic structure of the composite electrode, then the relationship between the adsorbed hydrogen quantity and the Faradic efficiency of methanol is established, the mechanism for regulating the selectivity of methanol is therefore revealed. Finally, the stability of the composite electrode is examined.

目前,CO2光电催化还原为甲醇的速率较低。本研究以CuFeO2纳米簇/CuInS2薄膜复合电极为光阴极,进行CO2光电催化还原,提高CO2还原速率和甲醇选择性。.在CuInS2薄膜电极上电沉积CuFeO2纳米簇,制备CuFeO2纳米簇/CuInS2薄膜复合电极,探讨制备过程对纳米簇粒径、覆盖度、晶体结构和晶格缺陷的影响,以及复合电极结构对其表面电子结构的影响。研究CO2还原电位、还原速率随复合电极结构的变化规律;探讨纳米簇中原子的局域配位结构、复合电极表面电子结构对CO2还原过程电荷转移、传质的影响,阐明CO2还原速率的调控机制。研究复合电极结构、吡啶共催化剂对甲醇选择性的影响,通过调控纳米簇中原子的局域配位结构、复合电极表面电子结构来调控复合电极表面吸附氢数量,建立吸附氢数量与甲醇的法拉第效率之间的关系,揭示甲醇选择性影响机理。最后,研究复合电极的稳定性。

项目摘要

可见光照射下将CO2光电催化还原为太阳能燃料甲醇,将太阳能转化为化学能,对于减少CO2排放,缓解能源紧缺的状况,具有十分重要的意义。本项目构建了CuFeO2纳米簇/CuInS2薄膜复合电极,研究了复合电极结构对CO2光电催化活性、稳定性、甲醇选择性的影响,阐明了CO2还原速率调控机制,揭示了甲醇选择性影响机理。采用差分脉冲电沉积法、模板法和限域电沉积法三种方法在CuInS2薄膜表面制备了CuFeO2纳米簇,其中模板法和限域电沉积法得到的CuFeO2纳米簇粒径更均匀,并形成了氧空位。由于CuInS2表面与CuFeO2纳米簇的相互作用,以及氧空位的形成,造成表面铜电子结构的改变。与CuInS2薄膜相比,CuFeO2纳米簇/CuInS2薄膜在可见-近红外范围的光吸收增强,带隙有所增大,光生电子-空穴的复合受到明显抑制。以CuFeO2纳米簇/CuInS2薄膜复合电极为光阴极,可见光照射下,在较低过电位下可将CO2高选择性还原为甲醇。与CuInS2薄膜电极相比,CuFeO2纳米簇/CuInS2薄膜复合电极对CO2还原具有更高的催化活性。复合电极催化活性的提高主要是由于CuFeO2与CuInS2形成p-p异质结,光生电子-空穴的复合受到抑制,以及新活性中心(CuFeO2)的引入。对复合电极上CO2还原的电极过程动力学研究表明,传质阻力是决速步骤,而传质阻力与吡啶在电极表面的覆盖度关系密切。富铜的复合电极表面提高了甲醇选择性。对CO2还原过程吸附态中间体的研究表明,甲醇产率随电极表面吸附态CO覆盖度的增加而提高,而与吸附态氢覆盖度没有明显关系。复合电极上吸附态氢的形成受到抑制,因而析氢反应受到抑制。复合电极在9 h内具有高稳定性。本项目的实施,对CO2减排与资源化利用具有重要的科学价值与社会意义。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DOI:10.3969/j.issn.1673-1689.2021.10.004
发表时间:2021
3

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
4

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018
5

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

DOI:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0450
发表时间:2021

元炯亮的其他基金

批准号:20776013
批准年份:2007
资助金额:27.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

半导体MOFs薄膜电极光电催化还原CO2研究

批准号:21701118
批准年份:2017
负责人:彭扬
学科分类:B0102
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

功能纳米薄膜电极上吸附与反应的表面增强红外光谱研究

批准号:20673027
批准年份:2006
负责人:蔡文斌
学科分类:B0205
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
3

新型Cu2ZnSnS4复合薄膜电极可见光催化还原CO2的研究

批准号:51172142
批准年份:2011
负责人:张鹏
学科分类:E0207
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
4

多金属氧簇离子液体的结构调控及光电催化还原CO2的新过程

批准号:21776291
批准年份:2017
负责人:韩丽君
学科分类:B0814
资助金额:61.00
项目类别:面上项目