多孔錫電極的制備及其用于CO2電化學(xué)還原性能的研究.pdf

1、CO2電化學(xué)還原反應(yīng)是一種溫和、高效的CO2轉(zhuǎn)化方式，具有很好的應(yīng)用前景，也為儲(chǔ)存太陽能、風(fēng)能、潮汐能等間歇性能源提供了一種有效方法。In，Sn, Hg和Pb等高析氫電位的金屬對(duì)CO2電化學(xué)還原制備甲酸具有很高的選擇性。其中Sn這種無毒、價(jià)格低廉的金屬成為理想的陰極材料。氫氣泡動(dòng)態(tài)模板法制備多孔金屬材料具有成本低、易于操作、不用去除模板劑等優(yōu)點(diǎn)。這種方法制備的多孔材料具有良好的氣液通道、高電化學(xué)表面積和粗糙的表面形貌。為制備CO2電化學(xué)

2、還原的陰極多孔材料提供一種有效的方法。
　　本文采用氫氣泡動(dòng)態(tài)模板法，在銅基底上制備了3D多孔錫電極。通過考察電流密度、沉積液組成等電沉積條件對(duì)多孔錫電極形貌和CO2電還原性質(zhì)的影響，確定了適宜的制備條件為：電解液組成是1.2M HCl，0.01MSnCl2，0.01M檸檬酸鈉；電沉積的電流密度為4A·cm-2；冰水浴中沉積1min。采用SEM、EDS、XRD和循環(huán)伏安法對(duì)3D多孔錫沉積層進(jìn)行表征。SEM結(jié)果表明多孔錫沉積層具有自

3、組織的灌木叢狀三維多孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)EDS分析表明電極表面無雜質(zhì)。XRD表征表明在Cu基底和Sn沉積層交界處有Cu5Sn6合金生成，加強(qiáng)了兩者之間的連接。根據(jù)循環(huán)伏安法測試電化學(xué)表面積，多孔錫電極的電化學(xué)表面積大約是錫片電極的6倍。
　　將制備的多孔錫電極用于CO2電化學(xué)還原制甲酸。電極的循環(huán)伏安測試結(jié)果表明，多孔錫電極比錫片電極具有更高的電流密度，和更正的CO2還原電位。通過考察 KHCO3濃度、還原電位、反應(yīng)溫度對(duì)還原過程的影響，

4、確定 KHCO3濃度為0.5M，還原電位為-1.7V vs. SCE，還原溫度為5℃時(shí)，甲酸的電流效率可達(dá)73.9％。Tafel曲線研究表明多孔錫電極和錫片電極上的CO2的電還原具有相同的速率控制步驟，即CO2得到一個(gè)電子生成·CO2ads-的過程。探討了CO2電還原過程的電化學(xué)阻抗譜與電極反應(yīng)過程之間的關(guān)系，結(jié)果表明 CO2電還原過程的電阻抗譜分為三個(gè)部分：高頻線性半無限擴(kuò)散區(qū)、中頻法拉第阻抗電容性半圓區(qū)和低頻吸附態(tài)弛豫電容性半圓區(qū)。