电解液组成对CO2电化学还原效率的影响.pdf

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1、第32卷第4期2016年8月化学反应工程与工艺ChemicalReactionEngineeringandTechnology、，0l32．No4Aug．2016文章编号：l∞l—763l(2016)O仁0359_-07电解液组成对C02电化学还原效率的影响王倩倩，陈承镇，张志盼，程振民华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海200237摘要：为了考察电解液组成(溶剂和支持电解质)对C02电还原效率的影响，以金属银为工作电极，在三电极电解槽中进行了恒电位电解及循环伏安扫描实验。结果表明：相比于二甲基甲酰胺(DMF)和甲醇，用乙腈作溶

2、剂时产物CO法拉第效率最高；强酸作为阳极液支持电解质可以降低c02还原过电位并提高CO部分电流密度；离子液体作为阴极液支持电解质可以全面提高CO：还原效率。研究不同离子液体的催化行为，发现离子液体中阳离子部分对CO部分电流密度的影响比阴离子的影响更明显，进一步证实了咪唑阳离子对还原CO：起主要催化作用。关键词：二氧化碳电化学还原一氧化碳电解液组成中围分类号：0646；X701文献标识码：AC02在大气中含量增加是气候变暖、环境恶化的重要原因。C02资源化利用是解决这些问题的有效途径。在多种催化固定C02的方法中，电化学还原为CO具有选择

3、性好、操作便捷和产品价值高等优点，因而受到广泛关注[1】。对于电还原C02为CO，只有当电流密度大于200mA／em2，CO法拉第效率(FEco)大于90％，CO能量效率(EE)大于50％时，该反应在经济上才是切实可行的。然而，在常压下通常很难同时满足以上要求。尽管人们已经发现金属银片对目标产物CO具有较高选择性(约为80％)，并且改变银的几何形态，将其制备成纳米孔银或者纳米银颗粒，还可以获得更高的CO法拉第效率(大于90％)，但是电解过程中，电流密度低，只有5"～20mA／cm2，有待进一步提耐2川。目前国内外的研究主要集中在电极材料

4、开发方面，但对于电解液方面的研究较少。本工作选用对CO具有高选择性的银片作为工作电极，具体考察了溶剂和支持电解质对电还原C02效率的作用，确定了最佳的电解液组成。另外，近来研究人员发现使用室温下离子液体(RT几)作为支持电解质可以高效催化C02电还原为COE51，但是目前对其催化机理方面的研究较少，本工作还将对离子液体催化机理做一定探究。1实验部分1．1实验步骤常压下使用CHI660e电化学工作站进行循环伏安扫描(CV)和恒电位电解(CPE)实验。所有实验均在三腔室三电极密封电解槽中进行，阳极室与阴极室间用Nation117@阳离子交换

5、膜(杜邦公司)隔开，参比电极室与工作电极室间用鲁金毛细管连接。循环伏安扫描和恒电位电解实验中使用的工作收藕日期：2016．03．26；修订日期：2016—07—05。作者简介：王倩倩(1990一)，女，硕士；程振民(1967一)，男，教授，通讯联系人。E-mail：zmeheng@ecust．edu．cn。基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金(WAlll3008)。360化学反应工程与工艺2016年8月电极分别为银盘(03mm)和银片(1cmX1cm，纯度大于99．9％)，辅助电极为铂片(1．5cmX1。5cm，纯度大于99．9％)

6、，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)。实验使用的有机溶剂有乙腈(AN)、甲醇(MeOH)及二甲基甲酰胺(DMF)，纯度大于99％；支持电解质有四正丁基六氟磷酸铵(TBAPF6)、硫酸(H2S04)、磷酸(H3P04)及室温离子液体(RTIL)，纯度大于99％。CV扫描和CPE实验前先向电解液中通45min的高纯N2除去溶解氧，随后通45min的高纯C02至溶液饱和。电解装置流程图如图l所示。对于CV实验，起始电位定义为电流达到还原峰值电流5％或10％时的电位值。对于CPE实验，在C02饱和的阴极电解液中进行，恒定电解电位为一2．1V并当通

7、过电量达到50C时停止实验。CPE实验结束后，阴极室电解槽顶部气体用气相色谱进行分析(GC一900C，天辰)。1．2参数计算还原产物法拉第效率计算公式为【6】：一目吐唧12罔I电解装置流槲Fig．1Theflowchartofelectrolysisdevices1-C02bottle；2-N2bottle；3,4-valves；5-three-wayvalve；6-flowmeter；7-three-electrodegastightelectrolyticcell；8-gascollecteddevice；9-electrochem

8、icalworkstation··CHI660e；10--computerFE：=—zn—FQ式中：尼为法拉第效率；F为法拉第常数，其值为96485C／mol；物质的量，mol；a为总电量，C。产物部分电流