多孔銀電極的制備及其用于CO2電還原性能的研究.pdf

1、CO2電化學還原是解決溫室效應及實現(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，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、三維立體的多孔結構的銀電極，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構Ag，電極表面無雜質。循環(huán)伏安測試結果表明，與平滑銀片電極相比，多孔銀電極的電化學表面積約為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、反應溫度等電解反應條件對電極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、反應溫度為25℃時進行恒電位電解反應1h，多孔銀電極上反應電流密度可達14mA/cm2，CO電流效率在反應時間內穩(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1h內CO電流效率由74%降低至58%。電極失活原因探究結果表明，銀片電極電解反應后表面部分區(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構使其在反應中不易發(fā)生失活，催化穩(wěn)定性更高。
　　通過Tafel測試對反應機理進行了研究，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。采用旋轉圓盤電極裝置減小擴散控制影響后，反應電流密度增加為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4h內表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性；而在重復使用三次過程中，隨使用次