多孔銀電極的制備及其用于CO2電還原性能的研究.pdf

1、CO2電化學(xué)還原是解決溫室效應(yīng)及實現(xiàn)CO2資源化利用的有效途徑。銀是一種良好的可將CO2選擇性還原為CO的電催化劑。但目前普通Ag片電極存在電流效率較低、電極易中毒失活等問題。本研究以提高電極電活性表面積和穩(wěn)定性為目標(biāo)，采用氫氣泡動態(tài)模板法制備具有銀納米顆粒堆積的孔壁、三維立體的多孔結(jié)構(gòu)的銀電極，并研究該電極電還原CO2為CO的電催化性能。
　　在多孔銀電極制備中，考察了沉積液組成、沉積電流密度、沉積時間等制備條件對電極形貌及CO

2、2電還原性能的影響，確定了制備條件。采用SEM、XRD、EDS表征了電極形貌和組成，結(jié)果表明多孔銀電極沉積層孔壁由粒徑為40～100nm的銀納米顆粒構(gòu)成，平均孔徑約20μm，沉積層厚度約為30μm。多孔銀沉積層為多晶結(jié)構(gòu)Ag，電極表面無雜質(zhì)。循環(huán)伏安測試結(jié)果表明，與平滑銀片電極相比，多孔銀電極的電化學(xué)表面積約為120倍，CO2還原分電流最高約為3.5倍。
　　將多孔銀電極應(yīng)用于CO2電還原制CO研究中，考察了電解電位、電解液濃度、

3、反應(yīng)溫度等電解反應(yīng)條件對電極CO2電還原性能的影響。在電解電位為-1.7V、電解液中KHCO3濃度為0.5M、反應(yīng)溫度為25℃時進行恒電位電解反應(yīng)1h，多孔銀電極上反應(yīng)電流密度可達14mA/cm2，CO電流效率在反應(yīng)時間內(nèi)穩(wěn)定保持在90％以上；而相同條件下平滑銀片電極上電流密度僅為7mA/cm2，且在反應(yīng)1h內(nèi)CO電流效率由74%降低至58%。電極失活原因探究結(jié)果表明，銀片電極電解反應(yīng)后表面部分區(qū)域出現(xiàn)的黑色含碳氧的化合物可能是造成銀片

4、電極失活的主要原因；而多孔銀電極由于電極表面獨特的納米顆粒結(jié)構(gòu)使其在反應(yīng)中不易發(fā)生失活，催化穩(wěn)定性更高。
　　通過Tafel測試對反應(yīng)機理進行了研究，發(fā)現(xiàn)多孔銀電極與銀片電極上CO2電還原的速率控制步驟相同，均為CO2得一個電子變?yōu)槲綉B(tài)的CO2-的過程。采用旋轉(zhuǎn)圓盤電極裝置減小擴散控制影響后，反應(yīng)電流密度增加為21mA/cm2。在電極穩(wěn)定性進行考察中，多孔銀電極在持續(xù)反應(yīng)4h內(nèi)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性；而在重復(fù)使用三次過程中，隨使用次