电化学转化二氧化碳制备碳纳米材料及表征 @@.pdfVIP

东 北 石 油 大 学 学 报 第40卷 第2期 2016年4月 PETROLEUMUNIVERSITY V01．40No．2 2016 OFNORTHEAST Apr． JOURNAL DOI 10．3969／j．issn．2095—4107．2016．02．011 电化学转化二氧化碳制备碳纳米材料及表征 吴红军，李志达，谷 笛，邴国强，纪德强，刘 悦，王宝辉 (东北石油大学化学化工学院，黑龙江大庆163318) 摘要：以Fe为阴极、Ni—cr合金为阳极，在熔融碳酸盐电解质过程中，采用一步法电解COz制备蜂窝状单质碳和碳 纳米线。利用扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱仪(RAM)、比表面积测定 仪(BET)及激光粒度仪等仪器，分别对碳纳米材料的形貌、晶型结构、比表面积和粒度进行表征。考察电解温度对单质 碳形貌的影响，根据计算产碳质量与消耗电荷量的关系，确定最佳电解条件。结果表明：电解温度影响产物的整体形貌 950 及产碳的电流效率，电解温度为850～900K时获得的碳纳米材料形貌呈蜂窝状，电解温度为900 K时获得的碳纳 米材料形貌呈线状。随着电解温度的升高，碳纳米材料的粒径逐渐增加，比表面积逐渐减小。产碳的电流效率随电解温 度的升高而降低，在最优电解条件下，电流效率可达82．33％。 关键词：二氧化碳；熔融碳酸盐电解质；电解；蜂窝状单质碳；碳纳米线 中图分类号：TQ324 文献标识码：A 文章编号：2095—4107(2016)02—0085—05 O 引言 煤、石油、天然气等化石能源的大规模开发利用推动人类社会向前发展，同时也带来严重的生态环境 问题。化石能源在使用过程中排放的CO：是造成全球温室效应的主要因素，实现COz减排是全球亟待解 决的重大战略课题之一[卜引。目前，中外学者在CO。综合利用领域已取得研究成果，包括COz的分离固 定‘3_4’、捕获储存‘53及化学转化㈨等技术，前两者的安全性问题不容忽视，因此，探索COz的化学转化意 义重大。韩国Park小组‘¨、东京工业大学[8|、浙江大学和日本京都大学[9．1叩等学者采用不同的化学手段 对CO。进行转化，其成本低、安全性好，但同时也存在选择性差、转化率不高等缺点。近年来，利用高温熔 盐介质将CO：转化为含能分子[1卜16]引起科学界的广泛关注。 CO。的高温熔盐电化学转化是以高温熔盐为媒介，利用高温熔盐良好的导热性和离子传导能力，以 及高温提供的快速反应动力，通过电化学方法将CO：或者碳酸根还原为具有附加价值的碳基物质并释放 7|，且整个过程可通过太阳能等绿色能源驱动[1 AL等 出氧气，实现电能向化学能的转化与储存[1 81。Dipu 以掺杂Ni的氧化钇一氧化锆为阳极，以掺杂La㈣Sro．。MnO。的氧化钇一氧化锆为阴极，在熔融电解质中 将CO。降解为CO，并得到CO的释放速率与电解温度的关系[1引。KaplanV等采用石墨和Ti分别作为 mA／cm2的电流密度下得 阳极和阴极，在900℃的高温下通过连续电解将CO：还原为CO，且在高于100 到纯净的COe2叫。除CO外，也有学者通过调控电解条件，在高温熔盐介质中将CO：还原为单质碳，但其 进行间接电解，通过调控电解温度，成功获得蜂窝状单质碳和碳纳米线，并采用不同的表征方法对获得的 碳纳米材料的形貌、晶型结构、比表面积和粒度进行研究，分析它在工业领域的应用价值。 1 实验 1．1试剂及仪器 主要试剂：无水碳酸锂(Li。CO。，优级纯，天津市化学试剂三厂)；无水碳酸钠(Na：CO。，优级纯，哈尔滨 市化工试剂厂)；无水碳酸钾(K。CO。，优级纯，北京化工厂)