熱電子介導的CO2電化學還原機理研究

《熱電子介導的CO2電化學還原機理研究》是依託華中科技大學，由錢立華擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：熱電子介導的CO2電化學還原機理研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：錢立華
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

CO2氣體分子的電化學還原是促進碳循環利用、解決溫室效應的主要途徑之一，然而只有在較負過電位下，才能生成甲醇、乙醇、甲烷等能源分子，中間產物和還原產物的多樣性成為控制反應路徑的難點。本項目擬選擇具有不同過電位的Cu-Pt、Cu-Au和Cu-Rh合金作為電極，在Cu-TiO2基底上沉積分散的合金納米粒子。一方面，通過改變TiO2薄膜的厚度、雷射波長等參數來調節Cu基底與合金粒子之間的近場耦合，研究超強極化場下分子的吸附行為。另一方面，原位調節參與電化學還原的熱電子能量和數量，研究熱電子注入狀態下分子的激髮狀態，以及其對反應激活能、反應路徑的影響。最終擬從電介質極化理論、分子軌道理論出發，揭示降低還原過電位、降低反應激活能的有效途徑，從而澄清熱電子介導的界面電荷轉移和選擇性電化學還原機理。與分散納米粒子相比，研究強耦合時的熱電子行為將為設計高催化能力、高選擇性的電極提供理論指導。

結題摘要

催化劑的電子態結構，幾何參數、表面成分、孔道傳質動力學行為等方面是影響分子活化、催化活性、催化動力學的重要因素。我們針對上述因素進行了深入的研究，並取得了以下成果:(1)化學法合成多孔金屬殼層，雷射激發表面等離激元，產生的熱電子參與催化反應，促進分子極化，表現出優異的反應動力學。(2)脫合金法製備了多孔金-錫，銀-銅和銅-銦催化電極，催化反應過夠驅動銀-銅電極發生表面重構，Cu偏析在電極表面，從而有效提高催化反應的穩定性和選擇性。在納米多孔銅-銦電極的催化過程中，也發現了類似的現象。通過對金-錫電極進行形態表征和元素分析發現，電極的高催化活性源於Sn原子固溶於Au晶格中所產生的拉伸應變。在CO2還原過程中，拉伸應變會導致中間產物*COOH在電極表面吸附能增加，提高催化選擇性。(3)通過調節MoS2的缺陷密度，缺陷會束縛激子。研究O2在缺陷處的吸附行為，O2吸附可以增強螢光強度，其強度增加約3倍。總之，項目進展良好並且取得一些有價值的研究成果和重要進展。成果通過論文發表，人才培養的形式得以體現。項目執行期間，發表SCI論文9篇，其中5篇屬於中科院JCR期刊1區。培養博士後2名，研究生5名，其中2名獲博士學位，3名獲碩士學位。其中2人獲碩士國家獎學金，1人獲博士國家獎學金。