一、合成氨催化剂高效快速还原技术与应用实践（论文文献综述）
肖贞[1]（2021）在《基于p-ZnTe半导体阴极修饰及其在电/光电催化反应的应用》文中研究指明随着工业的快速发展以及人类社会的不断进步,环境和能源问题日趋严峻。以重要的工业、农业原料氨为例,传统上以哈伯法制备氨气,需要在高温高压条件下进行,在高能耗的同时排放大量的CO2气体,造成温室效应。光电联合催化还原技术是解决能源和环境问题最有前景的策略之一,该策略利用太阳能将价格低廉、易获取的原料转换为具有高附加值的燃料和化合物。利用半导体作为催化剂参与电/光电联合还原N2反应的催化效率仍然较低。解决该问题的方法一般是掺杂、修饰或构建异质结等方式,进而改善材料的可见光吸收性能、调节带隙和提升材料载流子的分离效率。本论文以p-Zn Te半导体材料为基础,通过多步修饰得到一系列电极,并详细研究了其电、光电性能及其在光电催化还原N2反应中的应用。主要工作分为以下三部分:首先,对于电化学还原N2还原反应（e-N2RR）,通过Ni Ox和Zn O薄膜多步修饰p-Zn Te阴极得到光阴极（命名为:Ni Ox/p-Zn Te@Zn O和p-Zn Te@Zn O）。在-0.2V vs RHE,Ni Ox/p-Zn Te@Zn O光阴极在N2RR中的法拉第效率提高到9.89%,是p-Zn Te@Zn O电极的12倍。15N2同位素标记实验表明氮的来源。通过稳态光致发光、电化学阻抗谱和控制实验,证明是Ni Ox层对FTO导电玻璃与p-Zn Te之间的界面接触有重要影响,并进一步促进界面电荷转移。并为下一步在光电催化N2还原反应提供基础。其次,构建V2O5/m-Ti O2薄膜修饰的p-Zn Te@Cd S复合半导体异质结光阴极材料（VTZ-Cd S）及对比光阴极材料（Z-Cd S）。在低电位下,NH3产率和法拉第效率（FE）皆有提升。通过稳态光致发光、电化学阻抗谱、瞬态光电流响应和开路光电压（OCP）测试表明,V2O5作为空穴传输层增加FTO导电玻璃与p-Zn Te之间的界面接触的同时,介孔二氧化钛（m-Ti O2）的引入提高了催化剂稳定性,从而促进界面电荷转移。因此,这种利用电荷传输层及骨架层相结合的界面修饰半导体异质结光阴极材料的方法,解决载流子复合速率快及半导体稳定性的问题,进而提升催化剂光电催化还原N2反应（Photo-N2RR）的能力。最后,在以V2O5/m-Ti O2薄膜为界面修饰层的基础上,将n型硫化镉更换为具有优越化学稳定性及良好电荷传输能力的类石墨烯材料g-C3N4,作为电子传输层,得到两种电极（Z-g-C3N4和VTZ-g-C3N4）通过电化学阻抗的测试,发现g-C3N4的引入,使界面转移电阻变的更小,且光电流显着增加（与VTZ-Cd S体系相比）,促使参与氮气反应的电子增加,提升氮气还原几率。在-0.2 V vs RHE氮气还原反应中,VTZ-g-C3N4光阴极的法拉第效率相比Z-g-C3N4光阴极提高了7.37倍。
刘永勤[2]（2021）在《基于过渡金属催化剂高效电催化氮还原合成氨》文中认为氨作为农业肥料、工业原料和能源燃料,是社会发展必不可少的化工产品。目前依赖的Haber-Bosch工艺对化石能源的密集消耗、生态环境的严重影响迫使人们发展可持续、绿色的合成氨途径。新兴的电化学氮还原合成氨在温和的条件下催化N2与H2O反应,具有清洁可再生的特点,是一种有潜力的替代技术。但目前发展的电化学合成氨的主要障碍是极低的法拉第效率和产氨速率。探索高活性和选择性专一的新型催化剂用于实现高效电化学氮还原势在必行。过渡金属具有优异的导电性和较强的N2分子结合力,作为电催化剂已经引起了广泛的研究兴趣。本工作通过不同的合成策略制备了一系列新型的过渡金属基催化剂,在水相电解质中实现了高效电催化氮还原合成氨。本论文的具体研究内容如下:1.受Au本征氮还原活性的启发,系统研究了Au结合其他过渡金属形成合金催化剂对电化学氮还原的协同增强效果。通过NaBH4还原普适法合成了一系列Au基合金纳米催化剂（Au Cu、Au Ag、Au Pd和Au Ru）,并探究了它们的电催化氮还原性能。结果显示,合金催化剂显着提高了Au的本征催化活性,其中Au Cu合金催化剂表现出最显着的氮还原响应。在-0.2 V vs.RHE处,原子比优化的Au1Cu1合金催化剂获得高达54.96%的法拉第效率和154.91μg h-1 mg-1cat的产氨速率,远高于已报道的Au基催化剂的性能。Au和Cu组分间的协同作用优化了Au的电子结构和配位环境,降低了氮还原过程中决速步的活化能垒,从而显着增强了Au1Cu1合金催化氮还原的活性。2.该工作通过Fe掺杂策略构筑了Fe-Bi2WO6催化剂,研究了它的电化学氮还原行为,并深入讨论了不同Fe掺杂量对电催化氮还原响应的影响。在-0.75 V vs.RHE处,掺杂比例优化的0.50Fe-Bi2WO6催化剂于0.05 mol L-1H2SO4中实现了289μg h-1 mg-1cat的超高产氨速率,远远超过先前报道的Fe基或Bi基,甚至单原子Ru产氨催化剂的最佳响应。这一优异的氮还原催化性能主要归因于:析氢反应的有效抑制,Bi和Fe组分间的潜在协同促进了N2分子的活化加氢,以及Fe掺杂提升了反应中的电子转移速率和催化反应动力学。严格的控制实验,谨慎的电解过程,惰性气体保护技术及不同定量方法的对比,充分证明了已获得的实验结果准确可靠。3.通过一步溶剂热法合成了非晶态Rh修饰的SnO2（Rh@SnO2）催化剂,其中SnCl2还原剂是合成过程中非晶态结构形成的关键。利用非晶态Rh@SnO2电催化氮还原,系统讨论了不同Rh用量和非晶态结构对于电化学氮还原性能的影响。在-0.35 V vs.RHE处,组分优化的非晶态Rh0.5@SnO2电催化剂同时取得了较高的产氨速率(149μg h-1 mg-1cat)和法拉第效率（11.69%）,优于已报道的SnO2或Rh基催化剂的性能。得益于（1）Rh修饰有效促进了Rh0.5@SnO2催化反应中的电子传递;（2）非晶态结构增加了暴露的催化活性位点数目;（3）Rh与SnO2之间的协同作用降低了N2分子加氢反应的活化能垒,因此,Rh0.5@SnO2催化氮还原的活性显着增强。靛酚蓝比色法和1H NMR法对定量分析结果进行了对比验证,确认了所得结果的可靠性。
彭显云[3]（2021）在《基于单原子催化剂的小分子电催化转化》文中提出随着化石能源的日渐枯竭和环境问题的日益凸显,寻求和开发一种清洁、廉价、高效的可再生能源已经变得十分迫切。自然界中存在大量且易获得的小分子物质,例如H2、O2、N2、CO2、H2O等。利用小分子的定向转化合成高附加值的化学品、燃料和化肥等受到了广泛关注。该研究对能源的可持续发展以及绿色化学都具有重要的现实意义,但仍极具挑战。电催化转化技术可在许多可再生能源存储和利用设备中实现电能与化学能之间的高效转换,从而为在温和条件下实现小分子的利用和转化提供了巨大的机会。然而这些小分子化学性质相对稳定,如何设计和制备廉价且高效的催化剂对能源和催化领域的科学研究乃至产业化过程都至关重要。单原子催化剂因其100%的原子利用率和独特的电子特性已广泛应用于电化学能量转换和存储的前沿领域。不仅为从原子尺度认识催化反应的机理提供了理想的模型和研究平台,而且有望成为具有巨大应用潜力的新型工业催化剂。众多小分子中,H2和NH3两类小分子在工业生产中具有重要的应用价值。其中,H2作为重要的可再生清洁能源之一,以能量密度高、燃烧产物零污染和资源丰富等优点备受到各国政府和研究机构的青睐,被视为是未来低碳、清洁、可持续发展能源系统的潜在候选者。而NH3是工业生产中第二重要的化学物质,已广泛应用于制药、合成纤维、化肥生产以及能源转换体系。与其他能量载体相比,由于NH3含有17.6 wt.%的氢且以液态形式存在,被认为是氢的理想存储介质。更重要的是,NH3是重要的无碳能源载体,在分解时不会排放任何二氧化碳。H2和NH3的合理利用和高效定向转化可以为解决当今日益严重的能源危机和环境问题开辟了一条切实可行的新道路。鉴于此,本文基于单原子催化剂的电催化合成H2和NH3展开了研究。详细地探讨了单原子催化剂的普适性合成策略;系统地研究了单原子催化剂表面对小分子电催化活化与定向转化;深入地讨论了单原子催化剂结构与电催化性能的构效关系;探究和揭示了反应机理与调控规律,从而实现用于电催化转化小分子的单原子催化剂的理性设计。具体研究内容如下:（1）设计和制备低成本和高活性的酸性产氢催化剂的需求是十分迫切的,但仍面临巨大的挑战。本文首次将锚定在Ti3C2Tx MXene纳米片上的Ru单原子催化剂（Ru-SA/Ti3C2Tx）用作酸性Hydrogen evolution reaction（HER）、Oxygen evolution reaction（OER）和Oxygen reduction reaction（ORR）三功能电催化剂。电化学研究结果显示,在电流密度为10 m A cm-2时,Ru-SA/Ti3C2Tx催化剂的ORR半波电势分别为0.8 V vs RHE,HER和OER的对应的过电位分别为70 m V vs RHE和290 m V vs RHE。基于Ru-SA/Ti3C2Tx催化剂酸性全水解仅需要1.56 V电池电势就能达到10 m A cm-2的电流密度。组装的H2-O2燃料电池的最大功率密度高达941 m W cm-2。理论计算表明,孤立的Ru单原子催化剂中的Ru-O2位点可以有效地优化反应过程中反应物/中间体的吸附和降低决势步的能垒,从而高效低提升其酸性HER、OER和ORR动力学性能。（2）基于氧官能化的Ti3C2Ox MXene纳米片上高度分散的Rh单原子催化剂（Rh-SA/Ti3C2Ox）,本文设计和制备了一种新颖的自供能双产氢系统,用于高效地制氢。该双功能Rh-SA/Ti3C2Ox催化剂对全p H值的析氢反应和肼氧化反应均展现出显着的催化活性。基于Rh-SA/Ti3C2Ox催化剂,通过结合Zn-H2电池和全肼解反应单元组装了自供能双产氢系统。该系统实现的产氢率高达45.77 mmol h-1。密度泛函理论研究表明,原子分散的Rh单原子不仅可以使HER反应中吸附氢的自由能具有更高的热中性,而且还能够大大降低*NHOH中间体脱氢的自由能垒。（3）通过电催化技术利用N2在环境条件下电合成NH3是替代传统Haber-Bosch过程的重要课题。但目前无指导性的盲目搜寻电催化剂不能有效提高N2还原产NH3率。对此,本文采用第一性原理计算发现在单个金属位点上连续出现的垂直端*N2和倾斜端*NNH分子是实现高性能N2还原的关键。通过靶向分子,可以发现并大量合成具有Ag-N4配位的Ag单位点。在环境条件下,该催化剂在HCl溶液中显示出创纪录高的产NH3率(270.9μg h-1 mg-1cat.或69.4 mg h-1 mg-Ag1)以及较高的法拉第效率（21.9%）。在连续20个循环反应测试中,NH3产率保持稳定,并且还原电流密度在60 h内几乎没有衰减。（4）为了实现电化学NO还原合成NH3的策略,本文通过在B和N共掺杂的碳纳米管上组装金属单原子（Al、Mn、Fe、Cu和Nb）合成了一系列的单原子催化剂。电化学研究发现,该合成的一系列单原子催化剂对环境电合成NH3表现出较高的NO还原催化活性。特别地,Nb单原子催化剂的NH3产率高达8.2×10-8 mol cm-2 s-1,该值比已报道的最好N2还原反应合成NH3的产率高出了两个数量级,且接近美国能源部提出的工业电合成NH3的目标。理论计算表明,这种高效NO还原合成NH3的性能源自Nb-SA/BNC催化剂中的单个Nb B2N2位点,它不仅能促进了NO分子的吸附,还能有效降低决势步的能垒。
何祥韵[4]（2021）在《光热催化CO2还原性能与选择性调控的设计与探索》文中提出目前,化学工业的快速发展严重依赖于化石燃料这一传统能源。但化石燃料属于典型的不可再生资源,其使用过程中会释放有毒气体和大量二氧化碳,进而导致一系列包括“温室效应”在内的生态环境问题。人工二氧化碳还原是一种将二氧化碳转化为高热量燃料的绿色技术,不仅可减少对不可再生能源的依赖,还能最大限度地减少化石燃料对环境的影响。近年来,光催化和热催化二氧化碳还原引起了科研人员的广泛关注,是二氧化碳还原领域的重要研究前沿。但是,该技术通常存在一些制约因素,如反应条件苛刻、催化效率低、选择性难以调控、催化剂稳定性差和反应机理不明确等问题。因此,亟需发展高效可控的二氧化碳还原方法。光热催化作为光化学和热催化途径的有机结合,是一种具有前景的二氧化碳还原技术。长期以来,人们对光热催化二氧化碳还原领域的研究主要集中于催化剂本身,包括尺寸调节、结构改善、形貌优化等方面;而对于反应条件的改良、复合体系多元组分的相互作用机制、光热性能和选择性的调控、以及光热机理的研究较少。因此,针对目前光热催化二氧化碳还原面临的问题,本论文从改善反应条件、提升光热效率和调控选择性等角度出发,进行了科学系统性的研究,并对涉及到的相关机理进行了讨论和阐述。具体研究内容如下:第一章,系统介绍了二氧化碳还原的研究背景、基本原理和现阶段常用的技术路线,指出了传统光催化和热催化二氧化碳还原面临的关键问题,阐述了新型光热技术在二氧化碳还原领域的研究进展,讨论了现阶段制约光热催化效率的主要因素。进而提出了本论文的方法策略、研究内容和选题意义。第二章,探究了 Cu/ZnO复合材料的合成及光热催化二氧化碳还原活性,并对其光热协同机理进行深入谈论。采用简单的沉淀法合成了一种Cu/ZnO纳米颗粒,实验结果表明,Cu的等离子体共振效应有效提升了二者复合之后材料的吸光能力,在常压下展现出优异的光热二氧化碳加氢性能,CO选择性高达100%,同时,该催化剂的光热性能是纯热的12.5倍,进一步的实验探索表明,这种性能提升得益于Cu/ZnO的光热协同效应,ZnO和Cu被共同激发后,产生的光生电子增强了 CO2和H2的吸附,提升反应中间体的稳定性,进而提升了催化剂整体的光能利用率和光热二氧化碳还原效率。第三章,主要探究了光强、光热温度、铜锌摩尔比和Ar/H2还原温度对Cu/ZnO光热二氧化碳还原性能和选择性的影响。研究发现,改变光强和光热温度等外界因素仅影响Cu/ZnO光热CO2还原效率,而不改变反应产物选择性,并且随着光强和光热温度的升高,CO2还原效率逐渐提升。改变铜锌摩尔比和Ar/H2还原温度会同时影响催化效率和反应产物的选择性。实验结果表明,当还原温度为300℃、铜锌摩尔比为1比1时,Cu/ZnO表现出对CO的高选择性,当还原温度为300℃、铜锌摩尔比为1比2时,Cu/ZnO表现出对CH4的高选择性。通过进一步的测试表明,产生性能差异的原因是各个样品中铜锌结合方式有所差异和铜的价态有所不同。第四章,基于晶面调控的思路,主要探究了不同晶相TiO2光热二氧化碳还原性能的差异。实验结果表明,锐钛矿相TiO2（A-TiO2）和金红石相TiO2（R-TiO2）具有显着的光热协同效应,具体表现为A-TiO2光热CO2还原的性能是热催化的18.87倍,R-TiO2在单独的光或热催化条件下不具备CO2还原的能力,而在光热条件下表现出对CO的高选择性。光能的引入对板钛矿相TiO2（B-TiO2）CO2还原能力影响不大。进一步的测试表明,A-TiO2和R-TiO2在升温过程中产生了氧空位,不仅拓宽了吸收带边,提高了光能利用率,还增强了 CO2分子的吸附和活化,进而大幅提升了催化效率。第五章,对本论文的研究内容进行总结,着重分析了本论文的创新点和不足之处,并对下一步工作进行展望。
赵子铭[5]（2021）在《氮化碳基催化剂的构筑及电催化还原性能的研究》文中研究表明大量化石能源的使用所带来的环境污染和能源枯竭问题已日趋严重,使用环保技术开发可再生无碳清洁能源储存与转化成为当前发展的迫切需求。电化学技术作为一种环保、高效的工业技术,在绿色能源储存与转化领域具有重要的应用价值。在电催化绿色能源转化与储存的研究中,如氢能的制备、氮气还原制氨等技术的开发,都涉及阴极的电催化还原反应。因此,开发活性高、稳定性好且成本低的电催化剂,是提高阴极还原反应效率的关键。电催化剂的本征催化活性是由活性中心的吸附能力及导电性决定的,调节材料的电子结构和几何结构能够有效增强其催化性能。近年来的研究表明,氮化碳（C3N4）材料由于稳定性好,具有丰富的氮含量易于配位金属,拥有丰富的纳米多级结构易于调控等特点,可作为催化剂电子结构和几何结构调控的理想平台。因此,本论文通过合理的设计和处理工艺,合成以氮化碳为基底的高活性非贵金属及无金属电催化剂代替贵金属催化剂,并借助物理表征以及理论计算揭示催化剂和催化反应间的构效关系和活性起源。具体研究内容包括以下四个部分。1.金属在强酸性电解液中极易被腐蚀失活,而在金属外层包覆氮化碳壳层则能够提高其稳定性及催化活性。因此,利用金属与非金属配位策略,通过电聚合、煅烧法,在泡沫铜上原位合成出由C3N4包裹的Cu SCN（即Cu SCN/C3N4）,用作析氢反应（HER）中的催化/工作电极。实验结果证明,Cu SCN/C3N4表现出与商业化的Pt/C催化剂几乎相同的析氢活性(电流密度为10 m A cm-2时的过电位仅为85 m V)和良好的稳定性（20小时以上）。利用EXAFS等技术对催化剂结构进行分析发现,原位形成的Cu SCN和C3N4之间存在界面N-Cu-S配位,从而使得电子结构发生改变,成为催化HER的主要活性位点。此外,通过控制电聚合时间,可以使Cu1+离子的配位结构发生显着变化,进而阐明不同配位结构对HER性能的影响。密度泛函理论计算表明,电子可以从Cu SCN穿透并富集到C3N4壳层表面,为HER提供电子。氢在Cu SCN上的结合能较强,而在C3N4上的结合能较弱,因此Cu SCN与C3N4结合后的相互作用可以使ΔGH*值更接近0 e V。此外,该电催化剂依托于三维多孔泡沫铜结构,有利于电解液的渗透,进一步增强了其催化活性。2.在前期研究的基础上,利用金属与非金属配位,采用热解法在C3N4上原位形成MoS2,一步合成出具有Mo-N配位的MoS2/C3N4催化剂,并将其应用于电催化氮还原反应中（NRR）。该催化剂表现出较高的NRR催化活性(其氨产量为19.86μg h-1 mg-1cat.,法拉第效率为6.87%)和良好的稳定性（18小时以上）。进一步的结构分析表明,在MoS2层和C3N4层的形成过程中,二者产生强烈的相互作用,形成了界面Mo-N配位,促进了电子在MoS2/C3N4异质界面上的转移。形成的Mo-N配位作为电催化NRR的高效活性位点,可以促进N2的吸附和活化。此外,由于MoS2层垂直于C3N4层并呈现出三维立体的蜂窝状结构,这使得催化剂的比表面积增大,促进了反应物与活性位点的充分接触。同时,C3N4基底使电催化剂具有良好的稳定性,并为电子传递提供了途径。3.由于多数NRR电催化剂的性能受制于阴极HER的竞争,基于以上研究基础,进一步探索在无金属情况下,将C3N4结构进行调整后用于电催化NRR。采用简单可行的方法对C3N4结构进行调控,制备出具有丰富氮空位和较大比表面积的多孔2D C3N4-NV,并将其作为高效的无金属NRR电催化剂。该电催化剂在0.1M HCl电解液中对NRR具有良好的催化活性及稳定性（20小时以上）,其氨产量为17.85μg h-1 mg-1cat.,法拉第效率为10.96%。结构表征结合密度泛函理论计算分析表明,2D C3N4-NV中的氮空位能够富集电子,主动捕获并活化氮分子,成为高效催化NRR的活性中心。同时,该催化剂可降低NRR中决速步骤的能垒(ΔGPDS),稳定反应中间体;通过对其HER机理研究发现,较强的ΔGH*(>ΔGPDS)阻碍了H*→H2（Heyrovsky步骤）的形成,有效抑制了阴极HER的竞争。此外,形成的多孔结构及二维超薄纳米片结构进一步增大了催化剂的比表面积,使得更多的活性位点暴露,从而提高其NRR性能。4.进一步研究在中性条件下具有高活性及良好稳定性的无金属NRR电催化剂。通过对C3N4进行P掺杂并结合氮空位结构设计,成功合成了一种在中性溶液中高效、稳定的无金属NRR催化剂P-NV-C3N4。实验结果表明,该电催化剂在0.1M Na2SO4电解液中对NRR具有优异的催化活性及稳定性（20小时以上）,其氨产量为28.67μg h-1 mg-1cat.,法拉第效率为22.15%。结构表征结合密度泛函理论计算表明,P掺杂能有效促进水的分解,为氮气还原提供氢源。同时,N空位结构会显着抑制HER通路的形成,阻碍Heyrovsky步的发生并促进对N2的吸附及活化。此外,P掺杂且富含N空位的P-NV-C3N4能降低NRR过程中的吉布斯自由能垒和ΔGPDS能垒,稳定反应中间体,从而提高了其NRR性能。
李文怡[6]（2021）在《高效金属及金属氧化物电催化剂的制备及其固氮性能研究》文中进行了进一步梳理氮是构成生物体的重要组成部分,在地球生命中扮演着无可替代的角色。近年来,常温常压的电化学固氮合成NH3和NO3-（主要为电化学氮还原反应（NRR））技术凭借其绿色无污染、经济、低能耗等优势受到了广泛关注,有望替代传统高能耗、高投入的工业哈伯-博施（Haber-Bosch）工艺和Ostwald工艺。然而,目前电化学固氮面临的最大挑战是较低的产率和选择性。因此开发和构筑高效的固氮电催化剂和合理地设计电催化体系至关重要。液相激光合成技术,包含液相激光熔蚀技术（LAL）和液相激光辐照技术（LIL）,是一种基于液相中激光与物质相互作用制备纳米材料和纳米结构的新方法。与传统纳米材料制备方法相比,液相激光合成技术因为局域极端高温高压非平衡条件和快速淬冷过程,可以将无活性或活性差的块体靶材和粉末转化成高活性、高反应性的纳米材料。而其独特的光热效应可以对金属及金属氧化物纳米材料进行表面缺陷构筑及组分和结构调控,直接或间接地提升催化剂的电催化活性。基于此,本文工作采用LAL和LIL技术制备小尺寸金属及金属氧化物纳米催化剂,通过调控表面缺陷、组分和尺寸来提高材料的本征活性和表观活性。另外通过构筑流态式反应体系和改良反应装置,提高催化剂催化活性位点的利用率,加快电化学反应动力学,实现高效电化学固氮。本论文工作主要研究内容和取得的成果如下:一、纳米金（Au）催化剂在电化学NRR上已经展现出优异的潜力,通过表面缺陷构筑和结构调控能促进这类催化剂性能的进一步提升。本章工作通过LAL法在丙酮溶液中激光熔蚀Au靶材制备出碳包覆金纳米颗粒（Au@C）催化剂,展现出显着提升的电化学NRR活性。结果表明,超薄的缺陷碳层不仅能够与Au核相互作用形成Au-O-C键,为NRR提供更多的反应活性位点,而且能有效地抑制Au纳米颗粒在电化学反应过程造成的团聚现象。与纯Au纳米颗粒（Au-NS）对比,Au@C电催化剂的NRR活性明显提高,在-0.45 V（vs.RHE）最优电位下,氨产率达到241.9 μgh-1 mgcat.-1,法拉第效率达到40.1%。此外,DFT计算也证实了碳空位在Au@C电催化NRR中起到了关键作用。二、电化学NRR性能的提升依赖于高效电催化剂的制备和电催化体系的建立。本章通过LAL法在去离子水中激光熔蚀银（Ag）靶材制备超小尺寸的银纳米点（AgNDs）催化剂。小尺寸的纳米点可以提供大量的反应活性位点（面、边、角）,为了更有效地利用这些反应活性位点,进一步构筑了一种以钛网为集流体,AgNDs催化剂高度分散在电解液中的流态式电催化体系。实验结果表明,采用流态式电催化体系,AgNDs催化剂在-0.25 V（vs.RHE）电位下,氨产率和法拉第效率分别可以达到600.4±23.0μg h-1mgAg-1和10.1±0.7%,产率相比于传统电极负载体系提高了 7.5倍。为了进一步提高流态式电催化体系的法拉第效率,我们在Ti网集流体表面改性一层富氧空位氧化钛（Ov-TiO2/Ti）。表面Ov-TiO2不仅降低了 Ti网的阴极电流,还可以作为电催化剂为NRR提供额外的反应活性位点。实验结果表明以Ov-TiO2/Ti为集流体,整个反应体系的法拉第效率提高了 2倍。此外我们还开发了一种“S-型”钛板两电极反应器,实现了两电极流动NRR反应。三、非贵金属氧化物催化剂与贵金属催化剂相比,价格低廉、易获得且易调控。表面缺陷构筑和尺寸调控可以有效提高金属氧化物的本征活性和表观活性。本章工作通过LAL法在水中激光熔蚀钴（Co）靶材制备出小尺寸富氧空位的Co3O4纳米颗粒（L-CO3O4-4.0）催化剂用于电化学NRR。由于激光熔蚀过程中快速淬冷的特点,导致Co靶材氧化不充分,同时限制了氧化产物的继续增大,因而制备的Co3O4纳米颗粒表面带有大量氧空位缺陷,且尺寸很小。氧空位的引入作为N2吸附和活化的活性位点,改善了 Co3O4的本征活性。小尺寸则有利于增加Co3O4的表观活性。利用激光制备的L-CO3O4-4.0可以高度分散在溶液中这一特点,采用流态式电催化体系来评估L-CO3O4-4.0的NRR活性。实验结果表明,流态方式可以充分利用L-CO3O4-4.0暴露的活性位点,在-0.30 V（vs.RHE）最优电位下,氨产率可以达到235.0μg h-1 mgcat-1,法拉第效率达到16.3%。借鉴此种方法我们拓展了一系列LAL法制备的小尺寸富氧空位过渡金属氧化物（ZnO、MoO3、TiO2、NiO）用于高效流态式电化学NRR,证明了流态式电催化体系对于小尺寸纳米颗粒电催化剂的普适性。四、流态式电催化体系可以显着克服传统电极负载方式的弊端,但其背后的动力学原因尚未可知。本章工作通过LIL法激光辐照商业V2O5粉末制备得到超小尺寸的V2O5纳米点（L-V2O5NDs）双功能催化剂,在流态式电催化体系中实现高效电化学NRR和NOR。实验结果表明,在-0.20 V（vs.RHE）电位下,氨产率可以达到575.3 μgh-1 mgcat.-1,法拉第效率为28.6%。在2.4 V（vs.RHE）电位下,NO3-产率可以达到1388.0μgh-1 mgcat.-1,法拉第效率为7.8%。双功能电催化活性来源于超小尺寸纳米点暴露的活性位点（面、边、角）,同时表面大量的氧空位缺陷有助于促进N2的吸附和活化。进一步采用蒙特卡罗模拟和有限差分法分别构筑了流态式电催化和传统负载方式电催化两种动力学模型,模拟结果证明使用流态式电催化体系可以有效加快电化学反应动力学,极大地提高反应产率,为优化实验条件、理解实验现象背后的动力学原因提供了理论支持。
段亚健[7]（2021）在《电解二氧化碳制一氧化碳副产氯气和碳酸氢钠的隔膜电解池》文中研究指明利用可再生能源将二氧化碳转化为增值化学品,创造经济效益,是二氧化碳高排放行业迫切需要解决的重大现实问题。但是,由于缺乏工业适用的电化学反应装置,研究工作一直未取得实质性突破,无法开辟新兴产业。本论文尝试研发一种具有工业化应用前景的二氧化碳电还原新技术,可以在有机电解液中,将二氧化碳电还原为一氧化碳,同时副产氯气和碳酸氢钠。所得一氧化碳、氯气用于合成光气,光气是一种重要的精细化工原料,可用于生产医药、农药、染料等高附加值化工产品,碳酸氢钠在食品、玻璃、医药等领域具有广泛的应用。通过上述途径,既可以解决二氧化碳过量排放问题,又可以创造经济效益,因而具有重要的理论研究价值和工程应用前景。主要研究内容如下:（1）采用全氟磺酸膜将电解池分隔成阴极室和阳极室,以四丁基高氯酸铵/碳酸丙烯酯为阴极电解液,金片作为阴极,氯化钠水溶液为阳极电解液,Ir O2/Ti涂层电极作为阳极,构成隔膜电解池。电解反应过程中,二氧化碳在阴极上发生电还原反应,生成一氧化碳,氯离子在阳极上发生电氧化反应,生成氯气,阳极室中的钠离子穿过全氟磺酸膜进入阴极电解液中,与阴极反应生成的碳酸氢根离子结合,得到碳酸氢钠。（2）研究了二氧化碳发生电还原反应的动力学过程,气相色谱测试结果表明,二氧化碳可以在阴极上发生电还原反应,生成一氧化碳。当电极电位达到-2.4V时,生成一氧化碳的电流密度达到16m A/cm2,电流效率达到91%,长周期电解试验过程中,电解液不变质,电极不中毒。（3）研究了氯离子在阳极上发生氧化反应的动力学过程,采用淀粉碘化钾试纸和碘量滴定法对阳极气相反应产物进行了定性和定量分析,结果表明,当阳极电位高于1.27V（vs SHE）时,氯离子可以在阳极上发生氧化反应,生成氯气。在饱和氯化钠水溶液中进行恒电位电解,当电位为1.4V时,电流密度可以达到1.6m A/cm2,电流效率可以达到94%。（4）在恒电位电解过程中,发现阴极电解液中产生大量白色絮状产物,XRD测试结果表明,絮状产物为碳酸氢钠,将这种絮状产物煅烧,可得到纯碱。与传统方法相比,该方法具有设备简单、成本低、无固体废弃物生成等优点。本论文研究的隔膜电解池,可以同时生成一氧化碳、氯气和碳酸氢钠三种产物,具有操作方法简单、产品附加值高、工业适用性强等优点,在二氧化碳减排和电能储存领域具有广阔的工业化应用前景。
尹宏利,吕宪伟,邱书伟,任铁真,袁忠勇[8]（2021）在《常温常压电催化氮还原合成氨的研究进展》文中研究表明电催化氮还原反应（NRR）可以在环境条件下将N2和H2O转化为NH3,是一种很有前途的固氮催化体系。然而,由于缺乏高效的催化剂,将电催化氮气还原合成氨工业化还难以实现。为此,深入了解NRR过程至关重要。笔者介绍了NRR的反应机理,阐述了NRR电催化剂的分类、特点及研究现状,分析了NRR电催化剂催化活性的影响因素。研究表明,孔结构发达、活性中心分散良好的材料具有较好的催化活性,杂原子掺杂、创造空位、界面修饰等是提高催化剂活性的有效手段。最后对电催化氮气还原技术的发展趋势进行了展望,研发高活性、高性价比、稳定性好的新型催化剂是未来发展的主要方向。通过对不同催化体系的论述,为后续NRR电催化剂的开发与改进提供思路。
李爱莉[9]（2021）在《含铜复合材料制备及其电催化脱氯和氮还原的性能研究》文中认为随着经济与工业的高速发展,环境污染和能源危机是影响人类可持续发展的关键问题。有毒污染物的去除与资源化是环境治理和修复的重要途径。其中,氯代硝基苯类化合物（Cl NBs）是化工、医药、染料等行业重要基础原料,具有致癌、致畸、致突变效应,而且具有遗传毒性强、化学性质稳定、难生物降解等特点,在生产与而使用过程中不合理的排放将对生态环境造成严重污染,威胁生态安全与人类健康。因此,氯代有机物的降解去除和产物资源化具有重要的现实意义。此外,影响人类生活的另一个重要问题是能源危机。开发新能源或者能源转化是解决能源危机的重要方式。氮是大气中的丰富元素,无机和有机氮化合物在生物、环境以及工业过程中占有突出地位。氮气的还原产物为氨气,它不但是有机化工和化肥工业的主要原料,而且还可以作为一种有吸引力的能源载体来使用,可作为火箭发动力的推进剂和新能源汽车的动力来源。在工业上合成氨主要依赖于传统的Haber-Bosch工艺,由于该技术需要在高温高压下进行（300～500℃、150～200 atm）,不仅能耗巨大而且排放大量的温室气体。因此,开发绿色、经济、环保的有毒污染物去除与资源化、新能源合成与转化技术具有重要的研究和应用意义。近年来,利用电催化技术对氯代有机污染物脱氯降毒和进行氮还原产氨反应越来越受到研究者们的高度关注,电催化还原法与其他方法相比较,其反应条件更温和,且选择性高、可实施性强和经济环保,是一种非常有实际应用前景的绿色方法。在整个电催化还原技术中,高效稳定的电催化剂是关键,决定着脱氯效率、氮还原法拉第效率以及产物的资源化效果。因此,开展利用电催化技术去除氯代有机污染物和实现氮还原产氨资源利用化的研究,对实际的污水处理工艺和产氨工艺具有十分重要的参考价值。本文采用电化学沉积和化学置换相结合的方法制备高选择性、高稳定性和高催化活性的含铜复合材料;一方面采用电催化还原技术,将高效稳定结构的Cu-Pd/Ti复合材料应用于氯代硝基苯的电催化脱氯降解研究,优化该电催化脱氯反应体系参数,揭示研究体系的脱氯反应机制和途径;另一方面,探究Cu/GO/CP复合催化剂的结构和组成,将其应用于氮还原合成氨,提高氮还原体系的法拉第效率和合成氨效率。本论文取得的主要研究结果如下:（1）通过化学置换法和电化学沉积法相结合的技术,制备了一种快速、简单易得、绿色清洁、高效稳定的铜-钯复合材料。该方法比单一的电化学还原Pd的方法,具有更好的电活性面积和电催化效率,对于2.5-DCNB的脱氯效率由88.2%提升至97.1%。（2）系统探究了降解2,5-二氯硝基苯时不同因素的影响,得出最佳反应条件为:在0.05 M Na AC电解质中,当电流密度值达到2.25m A/cm2时Cu-Pd/Ti在3 h内的脱氯效率高达97.1%。（3）研究发现电流密度的大小是影响脱氯效率好坏的关键因素:电流密度值过低,无法产生脱氯反应所需的足够多的Hads;电流密度越高,电极表面的电子转移速度越快,导致HER（Hydrogen evolution reaction）活性大于催化加氢反应。（4）采用计时电流法在碳纸（CP）和氧化石墨烯（GO）基底上一步合成了枝晶状Cu材料,成功制备出枝晶状Cu/GO/CP复合催化材料,仅需120s。该方法制备的枝晶状Cu/GO/CP复合催化剂具有更大的比电容（0.75 m F/cm2）和更好的电化学性质。在0.1 M KOH电解质体系中应用于电催化氮还原合成氨的研究。在电解电压为-0.10 V vs RHE时,枝晶状Cu/GO/CP铜基复合材料的氨产率达到17.27 ug·h-1·cm-2,法拉第效率为9.76%。（5）经过多次重复实验和长时间运行,表明了枝晶状Cu/GO/CP复合材料在优化实验条件下对氮气的电催化还原具有良好的稳定性。
杨发[10]（2020）在《高效二氧化碳/氮气电还原催化剂的理性设计及其构效关系研究》文中研究指明人类对化石燃料的过度消耗不仅加速了有限自然资源的枯竭,也导致了温室气体二氧化碳的超量排放。随着全球变暖日益加剧,探索有效的技术途径去降低大气中CO2浓度已成为各国政府和科学家的重点研究方向。在几种可行的CO2利用策略（光化学法、生物化学法、热化学法及电化学法）中,通过电化学还原CO2并使之转变成对人类有益的碳氢化合物燃料的技术尤其具有吸引力。因为该方法在常温常压下进行,且不受卡诺循环限制,真正实现碳元素的循环使用。氮循环与碳循环一起,是构成地球生态系统中至关重要的一环。通过电催化将氮气直接转化为氨,能极大降低整个合成氨过程中的能量消耗和碳排放。然而,目前限制CO2/N2电还原技术大规模应用的瓶颈在于反应电流密度较小、特定产物选择性较差、所需过电位较高以及析氢副反应严重等。因此,如何通过更高效催化剂的理性设计与可控合成,并结合催化机制和构效关系的理解调控,从而提升目标产物的还原反应速率和生成量依然是目前亟需解决的关键科学问题。针对上述研究现状,本论文对于CO2/N2电还原催化剂的设计调控主要分为三部分。第一部分集中在金属二维材料的晶面与原子层厚度调控;第二部分集中在金属单原子的可控合成与配位环境调节;第三部分集中在二维碳基无金属材料的结构设计与缺陷工程。具体研究内容如下:第一部分:金属二维材料结构有序,其表面原子几乎完全暴露,能提供丰富的反应活性位点。相比于体相材料,原子利用率大大提高了。（1）铋烯的可控制备及其催化CO2电还原性能研究:我们首次通过湿化学法制备了稳定、自支撑的二维单层铋烯,且发现Bi（111）晶面的独特压缩应变使得该材料表现出超高的热稳定性（400℃）及CO2电还原活性（FEHCOO-～99%,起始过电位低至90 mV）。而较厚的铋纳米片暴露出的Bi（011）晶面对反应中间体（OCHO*）的结合能力非常强,导致反应性能降低。这项工作有助于理解二维材料的不同原子层厚度和晶面对CO2还原性能的影响关系。（2）金纳米片还原CO2的活性作用机制:我们首次发现缺陷石墨烯负载的Au（111）片层能高选择性地电催化还原CO2生成乙醇的特性,并成功组装PEM-CO2电池实现jethanol达到212 mA cm-2。13CO2同位素标记NMR实验准确可靠检测到了 13CH313CH2OH的信号峰。实验与理论计算表明载体石墨烯上的碳缺陷能加速CO2还原中间产物CO在Au（111）表面发生双聚。该发现有助于理解除铜以外的材料电还原CO2生成C2+产物的作用机理和路径。第二部分:为了进一步提高原子利用率,将所有金属组分都以单原子分散的形式存在,势必呈现出不同于二维金属催化剂的活性、选择性和稳定性。（3）单原子锌催化剂还原CO2的构效关系研究:通过高温热解,我们制备了一种氮锚定的碳基单原子锌催化剂（ZnN4/C）能用于CO2电还原生成CO（FE～95%,TOF～9969 h-1）,且活性顺序为ZnN4/C>N-C>Zn-C。结合不同热解温度下的配位结构与性能的相关性分析表明该催化活性是来源于Zn-N4之间的协同作用,且*COOH的形成是整个还原反应过程的速率决定步骤。（4）单原子铁催化剂的N2还原活性调控:我们提出了一种新的低温热解策略,用于在富含氧缺陷的二维多孔碳上负载单个铁原子（FeSA-O-C）,并表现出高效的N2还原活性（FENH3～28.6%,产率为51.8 μg h-1 mgcat.-1）。我们首次设计组装的酸性膜N2加氢还原电解池使得每小时氨的产量达到375.8 μgh-1 mgcat.-1。原位XAFS和理论计算表明反应过程中的真实活性位点并非初始状态的5配位结构（FeSA-OH-O4-C4）,而是经过初始电催化过程后变成稳定的4配位结构（FeSA-OH-O3-C4）。该工作是电化学N2利用商用化的重要一步。第三部分:与金属催化剂相比,碳基材料的结构和形态更具可调性;且催化活性不依赖于元素的本征属性,借助缺陷工程即可实现活性调控。（5）碳上的含氧官能团对于CO2电还原的特性研究:通过水热法,我们制备了一种富含氧缺陷的二维单层石墨烯纳米盘材料（GNDs）,并表现出高效的CO2还原生成甲酸的活性（FE～86%）。结合实验与理论计算,我们首次提出了一种新的催化活性位点:碳上的羧基官能团与邻近的羟基等其他含氧官能团之间的高效协同作用。原位红外实验证实了催化剂的结构稳定性,由此构造了一种原位电化学再生提升催化剂稳定性的反应体系。这项工作加深了我们对含氧基团在催化作用中的理解,并为设计高性能的碳基无金属催化剂提供了新的策略。此外,我们在实验中意外发现氨基化修饰的afGNDs表现出高效的光致发光性能,其荧光量子产率（QY）达到43.4%,且成功用于对人体宫颈癌HeLa细胞进行体外生物成像。进一步研究发现afGNDs的荧光强度与表面氨基和酰胺基团含量呈正相关,且贡献大小为:C-NH2>-CONH2。
二、合成氨催化剂高效快速还原技术与应用实践（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、合成氨催化剂高效快速还原技术与应用实践（论文提纲范文）
（1）基于p-ZnTe半导体阴极修饰及其在电/光电催化反应的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 光(电)催化合成氨的研究进展 |
| 1.3 氮气还原的反应机理 |
| 1.4 氮气还原合成氨的过程及其挑战 |
| 1.4.1 光催化氮气还原合成氨的过程 |
| 1.4.2 光电催化氮气还原合成氨过程 |
| 1.4.3 光/光电催化氮气还原合成氨的挑战 |
| 1.5 氮气还原反应活性的提高途径 |
| 1.5.1 增强光吸收效率 |
| 1.5.2 增强电荷分离效率 |
| 1.6 本文研究的内容及创新 |
| 1.6.1 选题依据 |
| 1.6.2 研究内容及目的 |
| 2 实验材料及表征方法 |
| 2.1 实验试剂及仪器 |
| 2.1.1 实验试剂 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.2 实验过程 |
| 2.2.1 掺氟的SnO_2导电玻璃(FTO)的清洗 |
| 2.2.2 Nafion117膜清洗 |
| 2.2.3 电解池、参比、工作电极和对电极的选择 |
| 2.2.4 测试流程 |
| 2.2.5 产物氨氮的检测方法及其标准曲线 |
| 2.2.6 N_2还原反应 |
| 2.2.7 电化学测量 |
| 2.3 小结 |
| 3 NiO_x/p-ZnTe@ZnO电极的制备及其在电催化N_2还原的应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 NiO_x薄膜的制备 |
| 3.2.2 p-ZnTe电极的制备 |
| 3.2.3 ZnO薄膜的制备 |
| 3.3 阴极材料的表征 |
| 3.3.1 NiO_x/p-ZnTe@ZnO电极的XRD表征 |
| 3.3.2 NiO_x/p-ZnTe@ZnO电极的SEM表征 |
| 3.3.3 NiO_x/p-ZnTe@ZnO电极XPS表征 |
| 3.4 电化学催化N_2RR性能测试 |
| 3.4.1 线性扫描伏安特性曲线 |
| 3.4.2 电化学还原预处理实验 |
| 3.4.3 电催化氮还原反应氨产率(R_(NH3))和法拉第效率(FE) |
| 3.5 实验稳定性分析 |
| 3.6 阴极材料的电性能表征 |
| 3.6.1 稳态光致发光光谱 |
| 3.6.2 电化学阻抗谱 |
| 3.6.3 莫特-肖特基曲线 |
| 3.7 电催化的还原机理 |
| 3.8 小结 |
| 4 V_2O_5@TiO_2和CdS修饰p-ZnTe及其在光电催化N_2还原的应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 制备V_2O_5薄膜 |
| 4.2.2 制备m-TiO_2 |
| 4.2.3 制备CdS薄膜 |
| 4.3 阴极材料的表征 |
| 4.3.1 VTZ-CdS电极的XRD表征 |
| 4.3.2 VTZ-CdS电极的SEM表征 |
| 4.3.3 VTZ-CdS电极的XPS表征 |
| 4.4 光电催化N_2RR性能测试 |
| 4.4.1 光电催化N_2RR预处理实验 |
| 4.4.2 光电催化氮还原反应中氨产率(R_(NH3))和法拉第效率(FE) |
| 4.5 稳定性能分析 |
| 4.6 阴极材料光电性能表征 |
| 4.6.1 线性扫描伏安法 |
| 4.6.2 稳态光致发光光谱 |
| 4.6.3 电化学阻抗图谱 |
| 4.6.4 莫特-肖特基曲线 |
| 4.6.5 开路电压OCP瞬态衰减曲线 |
| 4.6.6 瞬态光电流测试 |
| 4.7 小结 |
| 5 二维材料氮化碳(g-C_3N_4)修饰p-ZnTe及其光电催化N_2还原的应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 V_2O_5薄膜的制备 |
| 5.2.2 TiO_2薄膜的制备 |
| 5.2.3 p-ZnTe薄膜的制备 |
| 5.2.4 g-C_3N_4薄膜的制备 |
| 5.3 光阴极材料的表征 |
| 5.3.1 VTZ-g-C_3N_4的XRD表征 |
| 5.3.2 VTZ-C_3N_4的SEM表征 |
| 5.3.3 VTZ-g-C_3N_4的XPS表征 |
| 5.4 光电催化N_2RR性能测试 |
| 5.4.1 光电催化N_2RR预处理实验 |
| 5.4.2 光电催化氮气还原 |
| 5.5 实验稳定性分析 |
| 5.6 阴极材料光电性能表征 |
| 5.6.1 稳态光致发光研究 |
| 5.6.2 电化学阻抗图 |
| 5.6.3 瞬态光电流测试 |
| 5.6.4 莫特-肖特基曲线 |
| 5.7 小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（2）基于过渡金属催化剂高效电催化氮还原合成氨（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 固氮合成氨的途径 |
| 1.2.1 自然界中的固氮 |
| 1.2.2 人工固氮 |
| 1.3 电化学固氮合成氨概述 |
| 1.3.1 阴阳极反应 |
| 1.3.2 电解池分类 |
| 1.3.3 电解质的分类 |
| 1.3.4 电催化氮还原的机理研究 |
| 1.3.5 氨产物的定量方法 |
| 1.3.6 合成氨催化性能评价指标 |
| 1.4 过渡金属基NRR电催化剂的研究进展 |
| 1.4.1 贵金属基NRR催化剂 |
| 1.4.2 非贵金属基NRR催化剂 |
| 1.5 选题意义及研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 过渡金属耦合Au合金化用于协同增强Au的本征电催化氮还原活性 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 化学药品和试剂 |
| 2.2.2 仪器与设备 |
| 2.2.3 构筑Au基(AuX) (X:Cu、Ag、Pd或Ru)合金纳米催化剂 |
| 2.2.4 电化学测试 |
| 2.2.5 产物NH_3的测定 |
| 2.2.6 副产物N_2H_4的测定 |
| 2.3 结果和讨论 |
| 2.3.1 AuX合金催化剂的形貌和结构表征 |
| 2.3.2 Au基合金纳米催化剂的电化学NRR评价 |
| 2.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 基于Fe掺杂Bi_2WO_6催化剂实现超高的电催化产氨速率 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 化学药品和试剂 |
| 3.2.2 仪器与设备 |
| 3.2.3 构筑Fe掺杂Bi_2WO_6催化剂 |
| 3.2.4 电化学测试 |
| 3.2.5 产物NH_3的测定 |
| 3.2.6 副产物N_2H_4的测定 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 Fe掺杂Bi_2WO_6催化剂的形貌和结构表征 |
| 3.3.2 Fe掺杂Bi_2WO_6催化剂的电化学氮还原行为 |
| 3.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 非晶态Rh修饰SnO_2纳米催化剂协同增强电催化合成氨. |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 化学药品和试剂 |
| 4.2.2 仪器与设备 |
| 4.2.3 构筑非晶态Rh@SnO_2催化剂 |
| 4.2.4 电化学测试 |
| 4.2.5 产物NH_3的测定 |
| 4.2.6 副产物N_2H_4的测定 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 非晶态Rh@SnO_2催化剂的形貌和结构表征 |
| 4.3.2 非晶态Rh@SnO_2催化剂的电催化氮还原响应 |
| 4.4 小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 展望 |
| 作者简介 |
| 在学期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（3）基于单原子催化剂的小分子电催化转化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电催化转化小分子物质 |
| 1.2.1 电催化水解制氢 |
| 1.2.2 电催化氮还原制氨 |
| 1.3 电催化HER性能评估 |
| 1.3.1 过电势 |
| 1.3.2 Tafel斜率 |
| 1.3.3 交换电流密度 |
| 1.3.4 转化频率 |
| 1.3.5 稳定性 |
| 1.3.6 法拉第效率 |
| 1.3.7 氢键能 |
| 1.4 电催化NRR检测与评价 |
| 1.4.1 分光光度法 |
| 1.4.2 离子色谱法 |
| 1.4.3 离子选择电极法 |
| 1.4.4 ~(15)N_2同位素标记 |
| 1.4.5 电催化NRR性能评估 |
| 1.5 单原子催化转化小分子 |
| 1.5.1 HER中单原子电催化剂的应用 |
| 1.5.2 NRR中单原子电催化剂的应用 |
| 1.6 本论文的选题背景和研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 基于三功能Ru单原子的高效酸性全水解和氧还原 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 催化剂合成 |
| 2.2.2 结构和形貌表征 |
| 2.2.3 电化学性能测试 |
| 2.2.4 燃料电池组装与测试 |
| 2.2.5 第一性原理计算 |
| 2.3 结果分析与讨论 |
| 2.3.1 形貌与结构分析 |
| 2.3.2 酸性HER性能分析 |
| 2.3.3 酸性OER性能分析 |
| 2.3.4 酸性OWS性能分析 |
| 2.3.5 酸性ORR性能分析 |
| 2.3.6 第一性原理计算 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 基于双功能Rh单原子的自供能双产氢系统 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 催化剂合成 |
| 3.2.2 形貌和结构表征 |
| 3.2.3 电化学性能测试 |
| 3.2.4 Zn-H_2 电池组装与测试 |
| 3.2.5 双产氢系统组装与测试 |
| 3.2.6 第一原理计算 |
| 3.3 结果分析与讨论 |
| 3.3.1 形貌和结构分析 |
| 3.3.2 酸性HER性能分析 |
| 3.3.3 碱性和中性HER性能分析 |
| 3.3.4 碱性HzOR性能分析 |
| 3.3.5 Zn-H_2 电池性能分析 |
| 3.3.6 自供能双产氢系统性能分析 |
| 3.3.7 第一性原理计算 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 吸附分子靶向调控提升Ag单原子的电合成氨性能 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 催化剂合成 |
| 4.2.2 形貌和结构表征 |
| 4.2.3 电化学性能测试 |
| 4.2.4 第一性原理计算 |
| 4.3 结果分析与讨论 |
| 4.3.1 第一性原理计算 |
| 4.3.2 形貌和结构分析 |
| 4.3.3 电化学NRR性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于Nb单原子的环境条件高效电催化脱硝制氨 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 催化剂合成 |
| 5.2.2 形貌和结构表征 |
| 5.2.3 电化学性能测试 |
| 5.2.4 第一性原理计算 |
| 5.3 结果分析与讨论 |
| 5.3.1 形貌和结构分析 |
| 5.3.2 电化学脱硝合成氨 |
| 5.3.3 第一性原理计算 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 在学期间取得的科研成果和科研情况说明 |
| 致谢 |
（4）光热催化CO2还原性能与选择性调控的设计与探索（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 碳循环 |
| 1.2 二氧化碳还原 |
| 1.2.1 引言 |
| 1.2.2 二氧化碳的理化性质 |
| 1.2.3 二氧化碳还原技术路线 |
| 1.3 光热催化二氧化碳还原 |
| 1.3.1 光热催化CO_2还原的基本原理 |
| 1.3.2 光热催化CO_2还原研究进展 |
| 1.3.3 光热催化CO_2还原的制约因素与解决策略 |
| 1.4 选题意义与研究内容 |
| 参考文献 |
| 第2章 光增强Cu/ZnO热催化CO_2还原性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验试剂 |
| 2.2.2 样品制备 |
| 2.2.3 材料的表征 |
| 2.2.4 实验测试方法 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 结构与表征 |
| 2.3.2 二氧化碳还原性能分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 Cu/ZnO光热催化CO_2还原性能与选择性的调控研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验试剂 |
| 3.2.2 样品制备 |
| 3.2.3 材料的表征 |
| 3.2.4 实验测试方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 调节光强与光热温度 |
| 3.3.2 调节铜锌摩尔比 |
| 3.3.3 调节Ar/H_2还原温度 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 不同晶相TiO_2光热催化CO_2还原性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验试剂 |
| 4.2.2 样品制备 |
| 4.2.3 材料的表征 |
| 4.2.4 实验测试方法 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 结构与表征 |
| 4.3.2 二氧化碳还原性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间获奖情况、公开发表的论文及申请专利 |
| 附录：英文论文（原文） |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（5）氮化碳基催化剂的构筑及电催化还原性能的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电催化还原反应 |
| 1.2.1 研究背景 |
| 1.2.2 电催化析氢反应(HER) |
| 1.2.2.1 历史背景 |
| 1.2.2.2 反应原理 |
| 1.2.2.3 催化机理 |
| 1.2.2.4 性能评估参数 |
| 1.2.3 电催化氮还原反应(NRR) |
| 1.2.3.1 历史背景 |
| 1.2.3.2 反应原理 |
| 1.2.3.3 催化机理 |
| 1.2.3.4 性能评估参数 |
| 1.3 氮化碳基催化剂 |
| 1.3.1 氮化碳材料简介 |
| 1.3.2 氮化碳材料的功能化 |
| 1.3.3 氮化碳基电催化剂在HER和NRR中的应用 |
| 1.4 论文选题意义和研究内容 |
| 1.4.1 选题意义 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 具有界面N-Cu-S配位的CuSCN/C_3N_4电催化剂及其析氢性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 试剂与原料 |
| 2.2.2 仪器与设备 |
| 2.2.3 催化剂的制备 |
| 2.2.4 催化剂的表征 |
| 2.2.5 电化学测试 |
| 2.2.6 DFT和TOF计算方法 |
| 2.3 实验结果与讨论 |
| 2.3.1 催化剂的红外,拉曼表征 |
| 2.3.2 催化剂的XRD,XPS表征 |
| 2.3.3 催化剂的SEM,TEM表征 |
| 2.3.4 催化剂的EXAFS表征 |
| 2.3.5 催化剂的HER性能 |
| 2.3.6 密度泛函理论计算 |
| 2.3.7 催化剂的稳定性,EIS和电化学活性面积 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 原位合成具有Mo-N配位的MoS_2/C_3N_4催化剂用于电催化N_2还原为NH_3 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 原料与试剂 |
| 3.2.2 仪器与设备 |
| 3.2.3 催化剂的制备 |
| 3.2.4 催化剂的表征 |
| 3.2.5 电化学测试 |
| 3.2.6 产物检测 |
| 3.2.7 TOF计算 |
| 3.3 实验结果与讨论 |
| 3.3.1 催化剂的红外,XRD表征 |
| 3.3.2 催化剂的SEM,TEM表征 |
| 3.3.3 催化剂的X射线光电子能谱(XPS)表征 |
| 3.3.4 催化剂的NRR性能 |
| 3.3.5 催化剂的循环能力,EIS和电化学活性面积 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 具有丰富氮空位和增大比表面积的无金属C_3N_4电催化剂及其在氮还原反应中的性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 原料与试剂 |
| 4.2.2 仪器与设备 |
| 4.2.3 催化剂的制备 |
| 4.2.4 催化剂理化性质表征样品的制备及表征条件 |
| 4.2.5 电化学测试 |
| 4.2.6 产物检测 |
| 4.2.7 密度泛函理论(DFT)计算 |
| 4.3 实验结果与讨论 |
| 4.3.1 催化剂的FTIR,XRD表征 |
| 4.3.2 催化剂的TEM,EDX表征 |
| 4.3.3 催化剂的XPS表征 |
| 4.3.4 催化剂的EPR,BET表征 |
| 4.3.5 催化剂的NRR性能 |
| 4.3.6 催化剂的NRR、HER机理研究 |
| 4.3.7 催化剂的循环能力和EIS |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 磷掺杂富含氮空位的C_3N_4以增强对氮还原反应的电催化活性 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 原料与试剂 |
| 5.2.2 仪器与设备 |
| 5.2.3 催化剂的制备 |
| 5.2.4 催化剂理化性质表征样品的制备及表征条件 |
| 5.2.5 电化学测试 |
| 5.2.6 产物检测 |
| 5.2.7 密度泛函理论(DFT)计算 |
| 5.3 实验结果与讨论 |
| 5.3.1 催化剂的TEM表征 |
| 5.3.2 催化剂的XRD,XPS表征 |
| 5.3.3 催化剂的EPR,BET表征 |
| 5.3.4 催化剂的NRR性能 |
| 5.3.5 催化剂的循环能力,EIS和电化学活性面积 |
| 5.3.6 催化剂的NRR机理研究 |
| 5.3.7 催化剂的HER机理研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 结论 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
（6）高效金属及金属氧化物电催化剂的制备及其固氮性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电化学合成氨技术 |
| 1.2.1 电化学氮还原(NRR)反应研究进程 |
| 1.2.2 NRR的理论研究 |
| 1.2.3 NRR的研究方法 |
| 1.2.4 NRR催化剂的设计 |
| 1.2.5 NRR体系的设计 |
| 1.3 电化学合成硝酸盐技术 |
| 1.3.1 电化学氮氧化(NOR)反应研究进程 |
| 1.4 液相激光合成技术 |
| 1.4.1 液相激光合成技术简介 |
| 1.4.2 液相激光合成技术在电催化领域的应用 |
| 1.5 本论文的研究内容与意义 |
| 参考文献 |
| 第2章 碳包覆金纳米颗粒(Au@C)的制备及其电催化合成氨性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 化学试剂 |
| 2.2.2 碳包覆金纳米颗粒(Au@C)催化剂的制备 |
| 2.2.3 材料表征 |
| 2.2.4 电化学NRR测试 |
| 2.2.5 电化学NRR产物标定 |
| 2.2.6 核磁共振氢谱(~1H NMR)分析 |
| 2.2.7 密度泛函理论(DFT)计算 |
| 2.3 结果和讨论 |
| 2.3.1 Au@C催化剂的结构和组成表征 |
| 2.3.2 Au@C催化剂的电化学NRR性能及催化机理 |
| 2.4 结论 |
| 参考文献 |
| 第3章 银纳米点(AgNDs)的制备及其流态式电催化合成氨性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 化学试剂 |
| 3.2.2 银纳米点(AgNDs)催化剂的制备 |
| 3.2.3 材料表征 |
| 3.2.4 电化学NRR测试 |
| 3.2.5 密度泛函理论(DFT)计算 |
| 3.3 结果和讨论 |
| 3.3.1 AgNDs催化剂的结构和组成表征 |
| 3.3.2 AgNDs催化剂的电化学NRR性能评估 |
| 3.3.3 AgNDs催化剂的电化学NRR催化机理 |
| 3.3.4 “S-型”钛板两电极流动反应器的构筑 |
| 3.3.5 钛(Ti)网集流体的改性 |
| 3.4 结论 |
| 参考文献 |
| 第4章 富氧空位Co_3O_4纳米颗粒的制备及其流态式电催化合成氨性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 化学试剂 |
| 4.2.2 Co_3O_4催化剂的制备 |
| 4.2.3 材料表征 |
| 4.2.4 电化学NRR测试 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.3.1 Co_3O_4催化剂的结构和组成表征 |
| 4.3.2 L-Co_3O_4-4.0催化剂的NRR性能评估 |
| 4.3.3 多种金属氧化物催化剂的NRR性能评估 |
| 4.4 结论 |
| 参考文献 |
| 第5章 富氧空位V_2O_5纳米点的制备及其流态式电催化固氮性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 化学试剂 |
| 5.2.2 L-V_2O_5NDs催化剂的制备 |
| 5.2.3 材料表征 |
| 5.2.4 电化学NRR及NOR测试 |
| 5.2.5 动力学模拟计算 |
| 5.3 结果和讨论 |
| 5.3.1 L-V_2O_5NDs催化剂的结构和组成表征 |
| 5.3.2 L-V_2O_5NDs催化剂的电催化固氮性能 |
| 5.3.3 动力学模拟结果 |
| 5.4 结论 |
| 参考文献 |
| 第6章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文 |
（7）电解二氧化碳制一氧化碳副产氯气和碳酸氢钠的隔膜电解池（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 我国电力能源结构特点及存在的问题 |
| 1.1.1 我国电力能源结构与特点 |
| 1.1.2 可再生能源开发利用与电能储存 |
| 1.2 电能储存技术研究进展 |
| 1.2.1 电能储存的方式 |
| 1.2.2 以CO_2为原料储存可再生能源 |
| 1.3 CO_2电还原技术在电能储存中的应用 |
| 1.3.1 CO_2电化学还原的技术发展 |
| 1.3.2 CO_2电还原技术存在的问题 |
| 1.4 论文选题思路及创新点 |
| 第二章 隔膜电解池的结构与工作原理 |
| 2.1 隔膜电解池的构建 |
| 2.1.1 实验材料与实验设备 |
| 2.1.2 隔膜电解池结构 |
| 2.2 隔膜电解池工作原理 |
| 2.3 隔膜电解池的测试方法 |
| 2.3.1 电化学测试方法 |
| 2.3.2 反应产物测试方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 CO_2在有机电解液中的电催化还原与动力学特征 |
| 3.1 CO_2在Bu_4NClO_4/PC中的电还原 |
| 3.1.1 线性扫描曲线分析 |
| 3.1.2 Tafel曲线分析 |
| 3.1.3 长周期稳定性和产物电流效率分析 |
| 3.2 CO_2在Bu_4NClO_4/PC中的电还原产物分析 |
| 3.2.1 CO_2电还原产物的气相色谱分析 |
| 3.2.2 电解液分离所得固体产物分析 |
| 3.2.3 CO_2在Bu_4NClO_4/PC中电还原后电极表面分析 |
| 3.3 离子溅射镀膜电极对电解池性能的提升 |
| 3.3.1 离子溅射基本原理 |
| 3.3.2 镍基镀膜电极性能分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 NaCl在水溶液中的电催化氧化与动力学特征 |
| 4.1 氯离子在阳极上的氧化反应 |
| 4.1.1 氯碱工业 |
| 4.1.2 阳极材料 |
| 4.1.3 氯气的测试分析方法 |
| 4.2 IrO_2/Ti电极上氯离子氧化反应分析 |
| 4.2.1 线性扫描曲线分析 |
| 4.2.2 电极动力学分析 |
| 4.3 长周期电解实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 利用隔膜电解池制备纯碱 |
| 5.1 传统制碱方法 |
| 5.1.1 氨碱法 |
| 5.1.2 联合制碱法 |
| 5.2 利用电解法制备纯碱 |
| 5.2.1 隔膜电解池制碱法的原理 |
| 5.2.2 隔膜电解池制碱法的优点 |
| 5.3 NaHCO_3对电解过程的影响 |
| 5.3.1 NaHCO_3对电解液的影响 |
| 5.3.2 NaHCO_3对隔膜的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（8）常温常压电催化氮还原合成氨的研究进展（论文提纲范文）
| 1 NRR的反应机理 |
| 2 贵金属基NRR催化剂体系 |
| 3 过渡金属基NRR催化剂体系 |
| 3.1 过渡金属氧化物 |
| 3.2 过渡金属氮化物 |
| 3.3 过渡金属硫化物 |
| 3.4 过渡金属碳化物、氢氧化物 |
| 4 非金属基NRR催化剂体系 |
| 5 结论与展望 |
（9）含铜复合材料制备及其电催化脱氯和氮还原的性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 氯代硝基苯类有机污染物概述 |
| 1.1.1 Cl NBs来源及危害 |
| 1.1.2 Cl NBs常见处理技术 |
| 1.1.3 电催化脱氯技术研究现状 |
| 1.2 电催化氮还原合成氨技术 |
| 1.2.1 合成氨概述 |
| 1.2.2 电催化合成氨技术和基本原理 |
| 1.2.3 ENNR研究现状 |
| 1.3 课题研究内容、研究意义和技术路线 |
| 1.3.1 研究目的及意义 |
| 1.3.2 研究内容及技术路线 |
| 第二章 Cu-Pd/Ti复合材料的制备及其电催化脱氯性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 化学试剂及实验仪器 |
| 2.2.2 电极的制备 |
| 2.2.3 催化剂的物理及化学表征 |
| 2.2.4 电化学还原脱氯降解实验 |
| 2.2.5 产物检测 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 电极的表征分析 |
| 2.3.2 电化学测试分析 |
| 2.3.3 不同支持电解质对脱氯的影响 |
| 2.3.4 不同电流密度对脱氯的影响 |
| 2.3.5 不同电极材料对脱氯的影响 |
| 2.3.6 降解动力学研究 |
| 2.3.7 产物还原脱氯的途径分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 枝晶状Cu/GO/CP复合电极材料的制备及其电催化氮还原的性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验试剂及仪器 |
| 3.2.2 电极制备 |
| 3.2.3 电催化氮还原测试 |
| 3.2.4 氨浓度测定 |
| 3.2.5 氨的产率和法拉第效率的计算 |
| 3.2.6 材料表征及电化学测试分析 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 电极的表征分析 |
| 3.3.2 电化学LSV测试分析 |
| 3.3.3 电催化活性面积EASA的测定 |
| 3.3.4 电催化剂的ENNR性能 |
| 3.3.5 稳定性和循环实验 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 结论和展望 |
| 4.1 主要研究结论 |
| 4.2 存在的问题及展望 |
| 参考文献 |
| 附录 Ⅰ 攻读硕士学位期间主要学术成果及获奖情况 |
| 附录 Ⅱ 致谢 |
（10）高效二氧化碳/氮气电还原催化剂的理性设计及其构效关系研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 二氧化碳电还原概述 |
| 1.2.1 二氧化碳电还原基本原理 |
| 1.2.2 二氧化碳电还原性能评价指标 |
| 1.2.3 二氧化碳电还原膜电极全电解池 |
| 1.2.4 二氧化碳电还原的前景和挑战 |
| 1.3 氮气电还原简介 |
| 1.3.1 氮气电还原反应机理 |
| 1.3.2 氮气电还原的优势和面临的科学问题 |
| 1.4 电催化剂的设计 |
| 1.4.1 二维金属催化剂 |
| 1.4.2 单原子金属催化剂 |
| 1.4.3 二维碳基无金属催化剂 |
| 1.5 活性调控策略 |
| 1.5.1 厚度及尺寸调控 |
| 1.5.2 晶相及应变调控 |
| 1.5.3 孔隙及边缘调控 |
| 1.5.4 界面工程 |
| 1.5.5 缺陷工程 |
| 1.5.6 元素掺杂 |
| 1.5.7 分子增强策略 |
| 1.6 本论文的研究思路和内容 |
| 1.6.1 研究思路 |
| 1.6.2 研究内容 |
| 第2章 材料制备及表征方法 |
| 2.1 实验所用材料和仪器 |
| 2.1.1 实验材料 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.2 物化性质表征 |
| 2.3 电化学性能表征 |
| 2.4 CO_2RR产物检测校准分析 |
| 2.5 N_2RR产物检测校准分析 |
| 第3章 单原子层铋烯用于高效CO_2电还原 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 单原子层铋烯的制备 |
| 3.2.2 Bi(111)和Bi(011)理论计算 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 铋烯的形貌和结构分析 |
| 3.3.2 铋纳米片厚度相关的CO_2RR活性 |
| 3.3.3 铋纳米片厚度相关的CO_2RR稳定性 |
| 3.3.4 铋烯的结构稳定性 |
| 3.3.5 非致密性铋烯催化层的构建 |
| 3.3.6 铋烯CO_2RR活性的机理研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 金纳米片还原CO_2的活性机制探究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 Au三角纳米片的制备 |
| 4.2.2 AuNSs@def-GO催化剂的制备 |
| 4.2.3 ~(13)CO_2同位素标记实验 |
| 4.2.4 理论计算 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 AuNSs@def-GO的形貌和结构分析 |
| 4.3.2 AuNSs@def-GO的CO_2RR性能表征 |
| 4.3.3 AuNSs@def-GO@BP催化层的构建 |
| 4.3.4 PEM-CO_2还原全电解器的设计 |
| 4.3.5 CO_2RR活性的机理研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 ZnN_4基单原子催化剂CO_2RR的构效关系研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 ZnN_4/C催化剂的制备 |
| 5.2.2 理论计算 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 ZnN_4/C的形貌和结构分析 |
| 5.3.2 ZnN_4/C的结构性能优化 |
| 5.3.3 ZnN_4/C的CO_2RR活性探究 |
| 5.3.4 ZnN_4/C的CO_2RR动力学研究 |
| 5.3.5 ZnN_4/C的CO_2RR活性来源研究 |
| 5.3.6 CO_2RR活性的机理解释 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 氧缺陷锚定的单原子Fe基高效氮还原催化剂 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.2.1 Fe_(SA)-O-C催化剂的制备 |
| 6.2.2 ~(15)N_2同位素标记实验 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 PC和Fe_(SA)-O-C的形貌和结构表征 |
| 6.3.2 Fe_(SA)-O-C的N_2RR活性探究 |
| 6.3.3 ~(15)N_2同位素标记实验 |
| 6.3.4 原位EXAFS实验和DFT计算 |
| 6.3.5 Fe_(SA)-O-C的N_2RR稳定性 |
| 6.3.6 PEM-N_2还原全电解器的设计 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 揭示碳上含氧官能团在CO_2RR中的作用本质 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验部分 |
| 7.2.1 GNDs催化剂的制备 |
| 7.2.2 原位红外实验 |
| 7.2.3 理论计算 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.3.1 GNDs的形貌和结构分析 |
| 7.3.2 GNDs的CO_2RR性能分析 |
| 7.3.3 GNDs上含氧官能团的作用本质 |
| 7.3.4 CO_2RR活性循环再生 |
| 7.4 含氮官能化的GNDs用于荧光标记 |
| 7.4.1 引言 |
| 7.4.2 afGNDs和hGNDs的制备 |
| 7.4.3 afGNDs的形貌和结构表征 |
| 7.4.4 afGNDs的发光性能研究 |
| 7.4.5 afGNDs的荧光增强机理研究 |
| 7.5 本章小结 |
| 第8章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 英文缩写索引 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
四、合成氨催化剂高效快速还原技术与应用实践（论文参考文献）
- [1]基于p-ZnTe半导体阴极修饰及其在电/光电催化反应的应用[D]. 肖贞. 兰州交通大学, 2021(02)
- [2]基于过渡金属催化剂高效电催化氮还原合成氨[D]. 刘永勤. 吉林大学, 2021(01)
- [3]基于单原子催化剂的小分子电催化转化[D]. 彭显云. 天津理工大学, 2021(08)
- [4]光热催化CO2还原性能与选择性调控的设计与探索[D]. 何祥韵. 山东大学, 2021(12)
- [5]氮化碳基催化剂的构筑及电催化还原性能的研究[D]. 赵子铭. 兰州大学, 2021(09)
- [6]高效金属及金属氧化物电催化剂的制备及其固氮性能研究[D]. 李文怡. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [7]电解二氧化碳制一氧化碳副产氯气和碳酸氢钠的隔膜电解池[D]. 段亚健. 昆明理工大学, 2021(01)
- [8]常温常压电催化氮还原合成氨的研究进展[J]. 尹宏利,吕宪伟,邱书伟,任铁真,袁忠勇. 石油学报(石油加工), 2021(04)
- [9]含铜复合材料制备及其电催化脱氯和氮还原的性能研究[D]. 李爱莉. 东华大学, 2021(01)
- [10]高效二氧化碳/氮气电还原催化剂的理性设计及其构效关系研究[D]. 杨发. 中国科学技术大学, 2020(01)