【摘 要】
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电催化CO2还原反应（CO2RR）将CO2还原为有价值的化学品和燃料已被认为是缓解因过量二氧化碳排放引起的气候变化的有效策略。最近,由于整合了非均相和均相催化方法的优点,有机-无机杂化纳米材料作为电催化剂已表现出高性能和高稳定性的电催化CO2RR过程,引起了大家广泛的关注。有机-无机杂化材料定义为亚微米和纳米级的有机和无机成分的多组分化合物。有机和无机组分可以通过杂化系统中的非共价键和/或共价键连
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电催化CO2还原反应（CO2RR）将CO2还原为有价值的化学品和燃料已被认为是缓解因过量二氧化碳排放引起的气候变化的有效策略。最近,由于整合了非均相和均相催化方法的优点,有机-无机杂化纳米材料作为电催化剂已表现出高性能和高稳定性的电催化CO2RR过程,引起了大家广泛的关注。有机-无机杂化材料定义为亚微米和纳米级的有机和无机成分的多组分化合物。有机和无机组分可以通过杂化系统中的非共价键和/或共价键连接。这种材料不仅有效地结合了有机材料和无机材料的优势,而且还改善了理化特性,例如增加了CO2的吸附和电导率,丰富了活性位点,使活性位点最大暴露以及通过调节中间体的稳定性来操纵反应路径,从而协同降低过电势并提高产物的选择性。本文在基于已研究的有机-无机杂化物的基础上,研究合成了多种有机材料并将其与高导电性碳黑复合从而制备了高催化性能的有机-无机杂化物催化剂。研究内容包括以下两个方面:1.通过溶剂热处理合成了高结晶度的钴/铁双金属酞菁分子异质结（CoPc/FePc HS）,其中FePc生长在异质结微棒两侧,CoPc生长在异质结微棒的中心。由于两种酞菁分子的金属中心具有不同的能级,因此会发生协同作用,所得的CoPc/FePc异质结构极大地提高酞菁分子的稳定性,并且将该异质结与碳黑混合制备复合物催化剂能够高效地将CO2催化为CO,具有极好的催化活性和极佳的稳定性。更重要的是,由于两种原料之间的强耦合作用,CoPc/FePcHS可以有效地提高对CO2RR的性能,并且可以通过调节CoPc/FePc的比例合理地调节对CO2的还原选择性。通过分子催化剂中的异质结构工程可以启发一种独特的方法来改善CO2RR性能。2.通过极为简单的水热法大批量制备了一种结构稳定的Bi-MOF（SU-101）。通过各种物化表征证明了SU-101具有极好的结晶度、吸附度、结构稳定性。将SU-101与导电性极好的碳黑复合制备有机无机杂化物SU-101@C,将SU-101@C制备成工作电极从而实现了将CO2极为高效地电催化为HCOOH。同时,SU-101@C能够在10 h内电催化CO2并且始终保持极好的稳定性。这种新型的可容易获得的Bi-MOF可以为开发高效廉价的电催化剂提供新的研究思路。
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