物理化学学报 >> 2021, Vol. 37 >> Issue (11): 2006017.doi: 10.3866/PKU.WHXB202006017
所属专题: 能源与材料化学
金惠东1,2, 熊力堃1,2, 张想1,2, 连跃彬1,2, 陈思1,2, 陆永涛1,2,*(), 邓昭1,2, 彭扬1,2,*()
收稿日期:
2020-06-09
录用日期:
2020-07-04
发布日期:
2020-07-13
通讯作者:
陆永涛,彭扬
E-mail:sudalyt@suda.edu;ypeng@suda.edu.cn
作者简介:
第一联系人:† These authors contributed equally.
基金资助:
Huidong Jin1,2, Likun Xiong1,2, Xiang Zhang1,2, Yuebin Lian1,2, Si Chen1,2, Yongtao Lu1,2,*(), Zhao Deng1,2, Yang Peng1,2,*()
Received:
2020-06-09
Accepted:
2020-07-04
Published:
2020-07-13
Contact:
Yongtao Lu,Yang Peng
E-mail:sudalyt@suda.edu;ypeng@suda.edu.cn
About author:
Email: ypeng@suda.edu.cn (Y. P.)Supported by:
摘要:
将二氧化碳转化为高附加值的燃料和化学品是缓解当前能源和环境危机的有效策略之一。众所周知,铜基纳米材料是电还原二氧化碳的良好催化剂,但仍存在选择性低和耐久性差等缺点。本文中,我们以Cu-NBDC MOF为前驱体,通过退火得到了一种锚定在氮掺杂多孔碳上的Cu2O/Cu催化剂(Cu2O/Cu@NC)。XPS结果显示,Cu2O/Cu@NC中的Cu-N含量随着退火温度升高而降低。通过电还原二氧化碳测试结果分析,我们发现与不含氮的Cu2O/Cu@C相比,Cu2O/Cu@NC有效抑制了副反应HER,提高了电还原二氧化碳反应的整体催化活性,而且随着Cu-N含量的增加,Cu2O/Cu@NC对乙烯和甲烷的选择性得到显著提高。在400 ℃退火处理下,Cu2O/Cu@NC的CO2催化效率高于86% (−1.4 – −1.6 V vs. RHE),其中包括20.4%的C2H4 (−1.4 V vs. RHE)和23.9%的CH4 (−1.6 V vs. RHE)。相比之下,Cu2O/Cu@C的二氧化碳还原效率最高不足50%,且无明显乙烯和甲烷生成。我们认为这些显著的催化性能差异主要归因于Cu-N有利于稳定二氧化碳还原反应中*CH2中间体的吸附,抑制*H生成氢气。这些结果表明,通过调控氮的掺杂可以有效改变铜基MOF衍生的催化剂的二氧化碳还原路径并提高其催化性能。
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表1
不同温度退火的Cu2O/Cu@NC和Cu2O/Cu@C的二氧化碳电还原性能"
Sample | Max FEproduct (%) | ||
C2H4 (−1.4 V vs. RHE) | CH4 (−1.6 V vs. RHE) | Formate (−1.2 V vs. RHE) | |
Cu2O/Cu@NC-400 | 20.4% | 23.9% | 40.1% |
Cu2O/Cu@NC-600 | 16.3% | 17.4% | 57.4% |
Cu2O/Cu@NC-800 | 4.4% | 3.8% | 67.9% |
Cu2O/Cu@C-400 | 0% | 2.3% | 25.0% |
Cu2O/Cu@C-600 | 0% | 0.8% | 30.0% |
Cu2O/Cu@C-800 | 0% | 0% | 30.8% |
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