基于表_界面调控机制可控制备铜基催化剂及电催化还原CO2性能.pdf

摘要

电催化二氧化碳还原(CORR)为多碳燃料和化学原料是减轻二氧化碳过度排放，缓

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解温室效应的有效方法之一。与其他金属相比，铜是一种独特的金属催化剂，可以将

CO2还原为多碳化合物。但是传统的金属铜电极催化CO2选择性较低、过电势较大，难

以实现高效催化的要求。因此，本论文采用简单的合成方法制备了一系列具有表/界面

结构的Cu基纳米电催化剂。通过X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电子显微镜(TEM)

和原位拉曼光谱(insituRaman)等技术对催化剂的组成、形貌和结构进行了表征，并利

用电化学方法和密度泛函理论(DFT)系统研究了不同表/界面结构对催化性能的影响，为

电催化二氧化碳还原的进一步发展提供了理论和实验依据。本论文主要研究工作如下：

1、采用湿化学还原法得到了CuO纳米立方体，将其作为前驱体，经葡萄糖部分

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0+

还原后，演化成一系列具有不同Cu/Cu界面位点和氧空位修饰的Cu/CuO催化剂。利

2

0+

用优化后的Cu/Cu界面位点，抑制了C1和H2产物的选择性，提高了C2产物的法拉第

效率。优化后的Cu/CuO电催化剂在–1.1Vvs.RHE条件下对C产物(乙醇和乙烯)的

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法拉第效率最高达到68.3%，比原始的CuO催化剂的C法拉第效率提高了约2.8倍。

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0+0

DFT计算证明了较高的催化性能是由于Cu和Cu之间的协同作用，Cu位点修饰的催

+

化剂表面为富电子态，有利于CO2的吸附和活化，Cu位点增强了*CO中间体的吸附，

进一步促进了碳-碳耦合生成C2产物。

2、选取不同的表面活性剂制备了暴露不同活性晶面的CuO催化剂，分别是凸面

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立方体CuO(F-CuO)，八面体CuO(O-CuO)以及边、角都截断的八面体CuO

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(T-CuO)。在CORR过程中，CuO表面原位重构形成了CuO/Cu界面(F-CuO/Cu,

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O-CuO/Cu和T-CuO/Cu)。实验结果表明，CuO催化剂的表面重构和活性晶面对产物

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的选择性有显著影响。乙烯在三种CuO/Cu催化剂上选择性高低依次为

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O-CuO/CuF-CuO/CuT-CuO/Cu。在–1.1Vvs.RHE电位下，CH的法