【摘 要】
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等离子体在放电过程中产生的高能电子可激发分子和原子物种并打破CO2的化学键,降低其反应能垒,有效促进CO2还原,操作简单方便,因此成为一种还原CO2的新技术。本文主要在介质阻挡放电等离子体(DBD)中引入催化电极,提高DBD催化系统还原CO2的选择性和产率。通过不同初始电压条件实验,确定采用30 V为输入电压进行CO2还原实验,评价催化电极的催化活性。首先研究了N掺杂对SnO2催化活性的影响,通过
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等离子体在放电过程中产生的高能电子可激发分子和原子物种并打破CO2的化学键,降低其反应能垒,有效促进CO2还原,操作简单方便,因此成为一种还原CO2的新技术。本文主要在介质阻挡放电等离子体(DBD)中引入催化电极,提高DBD催化系统还原CO2的选择性和产率。通过不同初始电压条件实验,确定采用30 V为输入电压进行CO2还原实验,评价催化电极的催化活性。首先研究了N掺杂对SnO2催化活性的影响,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)等证明了SnO2的生成,且N元素成功掺杂到SnO2中,对电极材料进行线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)、电化学交流阻抗(EIS)表征,进一步说明不同电极的导电性能。在DBD体系还原CO2的研究中,确定了g-C3N4和Sn Cl2·2H2O以1:1研磨制备的N-SnO2具有最佳的CO2催化还原效果,且最佳浓度为0.6 g/L。在60 min时,N-SnO2/MWNTs/海绵电极催化还原CO2产甲酸盐、甲醛的量分别为376.33μmol和12.60μmol。通过水热制备了SnS2纳米片,将其与MWNTs与乙二醇中混合搅拌制备了SnS2/MWNTs/海绵电极。对电极材料的形态结构、元素分布等进行表征,电化学表征LSV、CV、EIS进一步说明复合电极的电催化性能优于MWNTs/海绵电极,计算SnS2/MWNTs海绵电极的比电容为0.083 m F/cm-2,表明其活性位点高度暴露在电解质溶液中。确定了SnS2/MWNTs/海绵电极在DBD体系中SnS2的最佳浓度为0.8 g/L,还原60 min时对CO2的催化产甲酸盐、甲醛量分别为299.52μmol和3.85μmol。水热制备了Zn0.5Cd0.5S(ZCS)固体溶体,引入CoP纳米线作为助催化剂,共同负载到MWNTs/海绵电极上,制备ZCS/CoP/MWNTs/海绵电极。对其微观结构进行了详细的分析,并对电极进行了LSV、CV、EIS电化学表征。通过不同电极对CO2还原产物的检测,证明了助催化剂CoP的引入能够增强ZCS的催化活性。实验确定了CoP的比例为10%时,ZCS/CoP/MWNTs/海绵电极具有最佳的催化还原CO2的能力。当催化剂的最佳浓度为2.5 g/L,在反应60 min时,甲酸盐、甲醛产量分别为789.46μmol和30.85μmol。
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