酞菁钴(CoPc)基电极材料在电催化CO2还原反应中应用的研究进展

温和条件下电催化还原CO_2为高能量密度的碳基化学品及化学燃料实现碳中和提供了极具诱人的策略,然而阻碍其实际应用的关键仍是高性能电极材料的设计与可控构筑。目前用于电催化CO_2还原反应(CO_2RR)的众多电催化材料中,酞菁钴(CoPc)基催化剂因具有高CO选择性及高催化活性而备受青睐。就CoPc基电极材料在电催化CO_2还原反应中应用的最新研究进展进行综述。首先重点介绍了提升负载型CoPc基催化剂电催化性能的策略,然后依次介绍了CoPc基催化剂在级联电催化CO_2RR和CO_2全分解中的应用、以及电催化CO_2RR的反应机理,最后就该领域尚未解决的问题提出展望。     

CoPc/N-C催化剂的制备及CO2电催化还原

金属酞菁(MePcs)因其易得性和结构可调性被认为是一种很有前途的CO2减排催化剂.其中,酞菁钴(CoPc)基杂化材料用于电催化CO2还原(CO2-RR)近年来受到了广泛关注.通过制备简便的2-甲基咪唑锌盐MOF材料为前驱体,N2气氛下热解后的N-C作为载体,在DMF的超声作用下与CoPc混合制备CoPc/N-C.在三...     

CoPc/TiO_2催化剂的制备及其光催化还原CO_2的研究

以钴酞菁(CoPc)为活性组分,TiO2为载体,采用浸渍法进行负载,制备CoPc/TiO2催化剂。用正交实验得到的最佳催化剂制备条件为:CoPc负载量为TiO2的1.0%,焙烧温度600℃,浸渍时间12 h,溶剂为甲苯。将此催化剂用于CO2还原,在可见光照下,即可将CO2还原为HCOOH、CO、CH4等,其中HCOOH为主产物,产量最高可达450.64μmol/g。另外,实验中还发现了光照下产生电子转移,CoPc变为CoPc.+,而CO2在TiO2表面获得电子被还原。     

CoPc/TiO2催化剂的制备及其光催化还原CO2的研究

以钴酞菁(CoPc)为活性组分,TiO2为载体,采用浸渍法进行负载,制备CoPu/TiO2催化剂.用正交实验得到的最佳催化剂制备条件为CoPc负载量为TiO2的1.0%,焙烧温度600℃,浸渍时间12 h,溶剂为甲苯.将此催化剂用于CO2还原,在可见光照下,即可将CO2还原为HCOOH、CO、CH4等,其中HCOOH为主产物,产量最高可达450.64μmol/g.另外,实验中还发现了光照下产生电子转移,CoPc变为CoPc·+,而CO2在TiO2表面获得电子被还原.     

原位合成CoPc/TiO_2光催化剂及其光催化还原CO_2的研究

采用原位化学合成的新方法,在TiO2凝胶基质合成过程中以邻苯二腈为原料,通过其四聚反应将钴酞菁(CoPc)在TiO2表面原位合成,得到均匀掺杂的CoPc/TiO2光催化剂。将其用于可见光下还原CO2反应,以CO2还原效率为考察指标,用正交实验对此光催化剂的制备条件进行了优化,得出催化剂的最佳制备条件是:CoPc的负载量为TiO2的3%,焙烧温度为200℃,pH=1,搅拌时间为12 h。用此CoPc/TiO2光催化剂在可见光照射下,水溶液中即可光还原CO2为甲醇、甲醛、甲酸等产物,在光照反应10 h后总产量最高可达2903.83μmol/g催化剂。另外,采用紫外可见漫反射光谱证实了CoPc在TiO2表面的成功掺杂。     

温和条件下CoPc/TiO2光催化还原CO2

采用浸渍法制备的TiO2负载钴酞菁(CoPc/TiO2)为光催化剂,在碱性水溶液中、可见光照下,CO2可被光催化还原为产物HCOOH、CO、CH4。对催化剂的制备条件进行了考察,在m(CoPc)∶m(TiO2)=1∶100、催化剂浸渍时间12 h、浸渍溶剂为甲苯、催化剂焙烧温度200℃的条件下,还原总产物量最高可达1 075.38μmol/g-cat,其中甲酸为主产物,最高可达708.54μmol/g-cat。对催化剂进行了XRD、DRS表征,证实了CoPc在TiO2表面的负载。结果表明:用该催化剂在可见光照及常温常压下,于水溶液中就可将CO2还原。其次,实验还发现光照下可产生电子转移,实现了电荷的重新分配,以降低电子-空穴的重新结合;TiO2表面应有一定的空隙率,有利于CO2在其表面获得电子被还原。     

原位合成法制备TiO_2负载酞菁钴催化剂用于CO_2光催化还原反应

以钛酸正丁酯为原料采用原位化学合成的新方法,以二价钴离子为模板剂在TiO_2凝胶基质合成的同时,通过邻苯二腈的四聚反应将酞菁钴(CoPc)在TiO_2表面原位合成,得到均匀掺杂的CoPc/TiO_2光催化剂,用紫外-可见漫反射光谱、傅立叶变换-红外光谱等证实了CoPc的成功负载,并将其用于可见光下、水溶液中CO_2的还原反应,通过比较还原反应的效率,确定此光催化剂的最佳制备条件为:CoPc在TiO_2表面的摩尔负载量为3%,焙烧温度为200℃,溶胶搅拌时间为20 h,钛酸丁酯与邻苯二腈及钴离子同时加入溶胶体系中,采用此法制备的催化剂中CoPc酞菁环上的电子密度增加,有利于作为敏化剂的激发态CoPc向半导体TiO_2的导带注入电子,而且CoPc被均匀分散于TiO_2凝胶基质中,其上的"笼效应"有效避免了CoPc的迁移,使其二聚及多聚倾向大大减弱,此光催化剂用于CO_2光还原,在可见光照射下,水溶液中即可光还原CO_2为甲醇、甲醛、甲酸等产物,在光照反应10 h后总产量最高可达2903.83μmol/ g-catal。     

电解质种类对AgBi/C催化剂的CO2电催化还原选择性影响

利用简单液相法合成AgBi/C双金属催化剂,并探究其在不同种类的电解质溶液中CO_2电催化还原性能。研究表明说明电解质中阴离子种类对CO_2电催化还原的选择性有重要影响,在KCl电解质溶液中Ag Bi/C催化剂上CO_2电催化还原产物主要是HCOOH,在KHCO_3电解液中,低过电势时还原产物主要为CO。     

大连化物所等金属—N_4活性中心高效电催化二氧化碳还原研究获进展

正近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员邓德会团队在金属—N4活性中心高效电催化二氧化碳还原研究中取得新进展。金属-氮-碳是一类具有优异电催化CO_2还原性能的催化剂,但目前的制备方法很难获得结构明确且均一的该类催化剂,这严重制约了对其活性中心及催化反应机理的认识。为了探究该类催化剂的反应机理及不同金属中心的活性趋势,在长期对金属—N_4活性中心结构认识及其催化反应研究的基础上,利用具有明确金属—N_4结构的系列3d金属酞菁作为     

酞菁铜配合物的制备及电催化还原CO2性能的研究

本文采用溶剂热反应法制备了酞菁铜配合物,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其结构和形貌进行了表征。将此材料用于CO_2电催化还原研究,结果表明,此材料电催化还原CO_2的过电位较正,电流密度大,在-0.8 V(vs RHE)电位下,可得到还原产物甲酸根的最优法拉第效率,表明酞菁铜配合物的电催化活性较好。     

改进溶胶-凝胶法制备CoPc/TiO2及其光催化还原CO2反应的研究

以Ti(OC4H9)4为原料,采用改进溶胶-凝胶工艺将不同掺杂浓度的钴酞菁(CoPc)植入二氧化钛凝胶基质,制备了均匀掺杂的纳米级复合光催化剂CoPc/TiO2,以期拓宽TiO2的光响应范围.以CoPc/TiO2为光催化剂,在可见光照及NaOH水溶液中可将CO2成功还原为HCOOH、CH3OH、HCHO等产物,当光照50h时,还原总产物可达406.65 μmol/g,其中主产物HCOOH量可达355.82 μmol/g.     

改性TiO_2纳米粒子用于可见光催化反应

采用原位溶胶-凝胶法合成氧化钛,同时对大环配合物进行改性,得到粒径为10.89 nm的纳米级钴酞菁改性氧化钛（CoPc/TiO2）光催化剂,用于可见光下、水溶液中CO2的还原反应,可得HCHO、CH3OH、HCOOH等产物。结果表明,由于金属酞菁的存在导致TiO2粒径减小,相转变温度降低,CoPc以单体形式均匀分散于TiO2凝胶基质中,其二聚及多聚倾向大大减弱。钴酞菁固载的催化剂给电子能力较强,极大地提高了光还原效率。光反应的最佳条件为：在0.1 mol/L的NaOH溶液中,0.15 g CoPc/TiO2催化剂,三乙胺和三乙醇胺作为电子供体催化效果较好,在可见光照反应10 h后,还原产物中总有机碳最高可达2 965.3μmol/g-cat。在还原过程中CO2主要以HCO3-的形式被还原而非碳酸根离子,而且HCO3-的浓度在0.2 mol/L时还原产物量最大。     

MPc/SBA-15的模拟酶催化研究

采用浸渍法将两种金属酞菁-α-八丁氧基酞菁钴（CoPc）和α-八丁氧基酞菁铜（CuPc）负载到介孔分子筛SBA-15上,制备CoPc/SBA-15和CuPc/SBA-15两种催化剂,通过紫外-可见光谱、红外光谱、N₂吸附对其结构进行表征,研究pH值、催化剂类型、催化剂用量、底物浓度以及反应温度对催化效果的影响。实验结果表明：在相同的催化条件下,两种催化剂对巯基乙醇（ME）均表现出良好的催化性能,且CuPc/SBA-15的催化氧化性能优于CoPc/SBA-15,符合酶催化氧化反应的特征,遵循米氏方程动力学规律,其米氏常数和最大反应速率分别为27.23 mmol/L和1.72×10^-4 L/min,该催化反应属于吸热反应,其活化能E_a为29.17 kJ/mol。     

微波法制备的Pt/C催化剂对甲醇和CO的电催化氧化

用微波间断升温法制备了3种Pt/C催化剂,运用循环伏安和线行扫描方法测试甲醇和吸附态CO在不同方法制备的Pt/C催化剂上的电催化氧化情况。发现在酸性溶液中,对于相同Pt载量的Pt(2)和Pt(3)催化剂,Pt(3)具有较小的Pt平均粒径及较高的电催化活性;对于具有较高Pt载量的Pt(1)催化剂,具有最小的平均粒径和最高的电催化活性。     

等离子体强化贵金属催化净化正葵烷的研究

采用一段式介质阻挡放电催化反应系统,对模拟柴油车发动机尾气中的碳氢化合物(正葵烷,C10)进行处理。研究了C10在不同贵金属催化剂作用下的去除差异性,探讨了催化剂负载量、C10初始浓度、反应温度、能量密度对等离子体贵金属催化去除C10的影响。结果表明:与单独等离子体或热催化相比,等离子体催化能够显著提高C10去除率,等离子体和催化的协同作用显著。Pt/Al_2O_3的催化效果优于Pd/Al_2O_3、Ag/Al_2O_3,其不仅转化率高,而且促进了CO氧化生成CO_2。增加催化剂负载量、能量密度和反应温度都有利于提高C10去除率和CO、CO_2选择性,实验中C10去除率可达91%,CO和CO_2总选择性最大为54.3%,而初始浓度的增加则不利于C10去除。     

乙二醇稳定的Pt/C催化剂的制备与表征

以乙二醇(EG)兼作溶剂和稳定剂,分别通过NaBH4和EG还原法制备了高度细化与分散的Pt/C催化剂,对其形貌、组成、结构和电化学活性比表面等进行了表征比较,并测试了它们对甲醇与乙醇电催化氧化的活性. 结果表明,2种催化剂中,Pt均为面心立方结构,粒径小且分布窄,在炭黑载体上分散均匀,单位质量Pt对甲醇与乙醇电催化氧化的活性相当;NaBH4还原法所制Pt/C催化剂中Pt0和Pt(220)晶面含量更高,Pt对甲醇与乙醇电催化氧化的峰电流密度分别为0.68与0.67 mA/cm2,分别是EG还原法所制Pt/C催化剂的1.2倍;2种催化剂对甲醇与乙醇电催化氧化的活性均与商品E-TEK催化剂相当.     

铜基催化剂电催化二氧化碳合成醇类研究进展

利用电催化方法还原CO2制备基础化学品,是当前清洁能源发展的方向之一.然而,在转化CO2为有价值的产品过程中,电催化材料面临的最大挑战是抑制析氢副反应的同时实现高效率、高选择性.铜基催化剂因其在电催化还原CO2过程中优异的催化性能而得到广泛关注.本文探究了CO2还原反应的基本原理,综述了以Cu基催化剂电化学还原CO2为...     

金属有机框架(MOFs)在CO_2电还原方面的应用

如今贵金属催化剂被广泛应用于电催化还原CO2,他们的确具有优秀的催化性能,但其资源有限,成本较高,这就对寻找贵金属催化剂的替代催化剂提出了要求。金属有机框架(MOFs)具有大的表面积,可调控的孔尺寸、形状以及可修饰的孔壁官能团,因此,MOFs在催化领域得到了广泛的研究和应用。本文主要介绍了MOFs相关催化剂的制备及其电催化CO2还原方面的应用。     

Pt基直接乙醇燃料电池阳极催化剂的性能研究

采用水热法制备了高分散碳载Pt/C和Pt-SnOJC电催化剂.采用XRD、SEM、TEM和激光粒度仪等方法对制得的纳米催化剂进行了表面微观结构分析.采用电化学工作站测试循环伏安曲线(CV)等表征Pt/C和Pt-SnO2/C纳米催化剂电催化活性.测试结果表明,Pt-SnO2/C纳米催化剂的峰电流密度(131.05 mA·cm-2)是Pt/C催化剂的峰电流密度(65.48 mA·cm-2)的2倍;Pt-SnO2/C催化的电化学表面积(108.4 m2·g-1)远高于Pt/C催化剂的电化学表面积(99.14 m2· g-1);Pt-SnO2/C纳米粒子比Pt/C纳米粒子具有更强的抗CO中毒能力和更高的电催化活性.     

电解质种类对AgBi/C催化剂的CO2电催化还原选择性影响

利用简单液相法合成Ag Bi/C双金属催化剂,并探究其在不同种类的电解质溶液中CO2电催化还原性能。研究表明说明电解质中阴离子种类对CO2电催化还原的选择性有重要影响,在KCl电解质溶液中Ag Bi/C催化剂上CO2电催化还原产物主要是HCOOH,在KHCO3电解液中,低过电势时还原产物主要为CO。