Cu催化剂/聚合离子液体修饰电极的光、电催化性能研究

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目前,全球能源供给的最主要来源是化石能源。然而,随着化石燃料的持续使用,这类资源日渐紧缺同时也会造成严重的环境问题,因此对于清洁、可持续能源的需求越来越急切。氢气,作为一种清洁高效的非碳燃料,是最理想的能源载体之一。光、电催化分解水利用太阳能或电能将水分解为氢气和氧气,对环境无害,是生成氢气的一种重要方法。因此,开展廉价高效的水氧化催化剂及探求一种负载有催化剂的阳极和光阳极方法是将电能和太阳能转化为氢能的关键。本文通过π-π作用成功的将聚合离子液体负载到CNTs上,将两种铜分子催化剂[NMe4]2[CuL1]和[NMe4]2[CuL2]与CNTs上的聚合离子液体在离子交换后构建复合阳极CuL1/PIL/CNTs、CuL2/PIL/CNTs。在碱性(pH 11.50)条件下,考察了复合电极的电催化性能。结果表明,在1.25 V(vs.NHE)得到稳定的1.40 mA/cm2和1.45 mA/cm2电流密度,电催化水氧化起始电位与未经修饰的碳纳米管电极相比降低200 mV,且电极CuL2/PIL/CNTs的超电势是498 mV,比目前所报的铜配合物的分子催化剂低。PIL负载在CNTs属于“n型”掺杂,PIL与CNTs之间的协同效应,显著增强了催化剂的催化水氧化反应性能。此外,将铜分子催化剂通过同样的方法负载到碳布上,制备的复合阳极CuL2/PIL/CC有优异的电催化分解水活性和稳定性。此外,本文将铜分子催化剂[NMe4]2[CuL2]通过聚合离子液体修饰到钒酸铋电极上,制得了CuL2/PIL/BiVO4光阳极。在模拟太阳光(AM 1.5 G,100mW/cm2)条件下,施加电压1.23 V(vs.RHE)时,复合电极CuL2/PIL/BiVO4的光电流密度达到了2.09 mA/cm2,比[NMe4]2[CuL2]直接负载在钒酸铋电极上的电流密度增加了一倍。分子WOC/聚合离子液体/半导体复合光阳极具有良好的水氧化催化性能和稳定性。本文证明,铜分子水氧化催化剂[NMe4]2[CuL1]和[NMe4]2[CuL2]通过聚合离子液体与碳基材料或BiVO4构成阳极或光阳极,具有很强的稳定性和光电催化活性。对于开发新型高效的基于分子催化剂的电极或光电极具有重要意义。
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