高度有序二元纳米阵列的可控制备及其电催化还原二氧化碳应用

The development of composite nanomaterials is very meaningful for electrocatalyst. However, the random composite nanomaterials suffer from low catalytic activity and poor stability, and so forth, have limited its application. To circumvent these obstacles, this project will construct highly ordered binary nanoarrays based on ordered template. The morphology and structure for each of the composite could be precisely adjusted by the control of template channel. It can develop an impressive electrode with high electrocatalytic activity, high product selectivity and good stability by utilizing the synergistic effect between two composite nanomaterials, large surface area and rapid electron transport stem from highly ordered arrays. Based on the marching relationship between the materials' microstructure and electrocatalytic performance to further optimize the design and fabrication of electrode. Furthermore, this project combined controllable fabrication of highly ordered binary nanoarrys and design of high-performance electrode materials, which will provide a new insight on constructing function nanomaterials.

复合纳米材料在电催化应用中具有非常重要的意义。但是杂乱无章的复合纳米材料存在材料的催化性能低及稳定性差等问题导致应用受限。本项目针对这些问题，提出以有序模板为基底，构筑高度有序二元复合纳米材料阵列结构，通过模板的孔道结构高度控制复合材料的形貌及结构。利用二元复合材料之间的耦合协同作用，以及高度有序阵列结构的大比表面积和良好的电子传输性能，构筑具有高电催化活性、产物选择性及稳定性的电极。基于对阵列电极的形貌结构与电化学性能的研究进一步优化电极结构的设计与制备。本项目结合了高度有序二元复合纳米材料阵列的可控制备及高性能电极材料设计，为功能纳米材料的设计提供了新的思路。

过量二氧化碳排放，引发了一系列全球生态环境变化，给人类的生存与发展带来了巨大的压力。同时，化石燃料的日趋枯竭，使得循环利用二氧化碳，将二氧化碳还原为有用的碳氢燃料，既可减少二氧化碳的排放量，又可有效缓解能源短缺问题，成为解决能源危机及环境问题的一个理想的途径。在温和的外界条件下，利用电催化作用将二氧化碳转化为碳氢燃料被认为是一种高效、方便和最有前途的方法而受到广泛关注。尽管已有众多研究致力于提高其电极的电催化活性，但是杂乱无章的复合纳米材料存在构效关系不明确，不利于材料性能的优化等问题导致应用受限。本项目针对这些问题，提出以有序模板为基底，构筑高度有序二元复合纳米材料阵列结构，通过模板的孔道结构高度控制复合材料的形貌及结构。项目实施中，通过实验明确了阵列结构材料具有大比表面积和良好的电子传输性能，通过对材料表面结构的调控和优化，可以极大的优化电化学电极的反应活性和反应稳定性，实现安培级的大电流、长循环电化学反应。本项目基于对阵列电极的形貌结构与电化学性能的研究来进一步优化电极结构的设计与制备，为功能材料的设计提供了新的思路。同时，研究中达到的安培级大电流电化学反应，让其可能实现低能耗工业化清洁能源生产。