论文部分内容阅读
探寻高效率低能耗的CO2还原方法,并制备良好的CO2电催化还原界面是本文的主要研究目的。本文选取电化学方法来还原C02,采用具有催化活性的纳米金团簇Au25分别构筑了自组装Au25团簇修饰金电极、Au25团簇修饰玻碳电极、2-吡嗪基乙硫醇Au25团簇修饰玻碳电极与2-吡嗪基乙硫醇Au25团簇修饰金电极四种CO2还原界面,采用循环伏安法(CV),透射电镜(TEM),电化学阻抗(EIS),现场红外光谱(FT-IR),紫外分光光度(UV)等方法研究了四种电催化还原界面上,乙腈溶液中C02的电催化还原效能,并探讨了其还原机理。主要内容概括如下：1、Au25团簇修饰电极上CO2的电催化还原。采用较成熟的两相法合成Au2s团簇,通过紫外光谱以及透射电镜对合成得到的Au25团簇进行表征,然后采用吸附法制备Au25团簇修饰玻碳电极,采用电化学阻抗对制备的Au25团簇修饰玻碳电极进行表征,结果表明Au25团簇很好的修饰到了玻碳电极表面。在乙腈溶液中,采用现场红外光谱跟踪C02在Au25团簇修饰玻碳电极上进行的电化学还原反应。研究发现C02在Au25团簇修饰玻碳电极上,在-2.1V处出现C02的还原峰,而在玻碳电极上,由于法拉第效率低,看不到该峰的存在,Au25团簇的存在明显改变了玻碳电极对CO2的催化还原能耗与效率。电化学及现场红外光谱电化学结果表明：Au25团簇修饰玻碳电极改变了玻碳电极上C02的催化还原机制,不仅降低了CO2还原所需要的电位,而且大大提高了法拉第电流,使得CO2能高效低能耗的还原。2、自组装法制备Au25团簇修饰金电极上C02的电催化还原采用自组装法制备Au25团簇修饰金电极,由于Au-S键的结合使得金Au25团簇能很好的与金电极表面结合。研究发现,修饰Au25团簇后,金电极上C02还原过电位降低了100 mV,这说明Au25团簇的存在使得金电极上CO2的还原需要消耗更少的能量,同时观察到C02的二次还原现象,即电位回扫过程中出现C02还原峰,且过电位较金电极有了150 mV的降低,表明自组装法制备的Au25团簇修饰金电极是一个很好的CO2电化学催化还原界面。红外差谱结果表明,自组装法制备的Au25团簇修饰金电极改变了原来金电极上C02的还原机制,C02实现了在自组装Au25团簇修饰金电极上高效率低能耗的还原。3、CO2在2-吡嗪基乙硫醇Au25团簇修饰电极上的电化学还原(1)CO2在2-吡嗪基乙硫醇Au25团簇修饰玻碳电极上的电化学还原选用具有活性吡嗪基的小分子有机物2-吡嗪基乙硫醇作为电催化还原活性物质,将其修饰到已经制备好的Au25团簇修饰金电极表面来构筑新的催化还原界面。采用红外光谱与电化学研究电极修饰前后对CO2的还原,可以发现修饰2-吡嗪基乙硫醇后,还原峰电位由-2.1V变为-1.85 V,绝对值减小了250 mV左右,表明2-吡嗪基乙硫醇比单纯Au25团簇修饰玻碳电极对CO2具有更好的催化还原效能,可以更高效低能耗的还原CO2,综合红外光谱与电化学的数据分析表明,2-吡嗪基乙硫醇的存在使得CO2电化学还原的机理发生了改变。(2)CO2在2-吡嗪基乙硫醇Au25团簇修饰金电极上的电化学还原2-吡嗪基乙硫醇对Au25团簇修饰金电极修饰后,CO2的还原过电位绝对值增大了200 mV,但是较大幅度(6倍)的提高了CO2还原法拉第电流,2-吡嗪基乙硫醇Au25团簇修饰金电极具有一定程度的C02催化效能。