具有特殊孔道结构的掺杂碳材料的设计及构筑及其电催化还原CO2研究

项目名称： 具有特殊孔道结构的掺杂碳材料的设计及构筑及其电催化还原CO2研究

项目编号： No.91545125

项目类型： 重大研究计划

立项/批准年度： 2016

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 张光晋

作者单位： 中国科学院过程工程研究所

项目金额： 80万元

中文摘要： 本项目着眼于新型高效率电催化还原CO2体系的设计、构筑及应用，合成具有特定孔结构的新型高电负性杂原子掺杂碳原子网络结构（包括杂原子单掺杂或共掺杂石墨炔以及聚合物碳骨架网络材料），并进一步与多酸复合制备多酸/杂原子掺杂碳材料二元复合体系。首先，通过水热或高温煅烧处理等方法，制备出一系列新型杂原子单掺杂或共掺杂石墨炔，并以其作为无金属的电催化剂考察其在电催化还原CO2中的应用；同时，从有机小分子单体出发采用“自下而上”的方法制备类似杂原子掺杂的3-D聚合物碳骨架网络材料，并研究其作为无金属的电催化剂在电催化还原CO2中的应用；进一步，引进具有特定功能离子的杂多酸从而制备多酸/杂原子掺杂碳材料二元复合体系，并应用于电催化还原CO2的研究。探讨所掺杂元素对电催化还原CO2活性的影响，考察复合材料中各组元在电催化中的协同增强效应。本研究有望获得一类全新、高效、低成本的电催化还原CO2新体系。

中文关键词： 电催化；二氧还碳还原；石墨炔；掺杂碳材料；杂多酸

英文摘要： The project aims to the design and construction of novel systems with high-performance electrocatalytic reduction of CO2. Heteroatoms with high electronegativity will be introduced, and novel heteroatom-doped/co-doped carbon materials with porous structures (heteroatom-doped/co-doped graphdiynes and 3-D polymeric carbon frameworks) and its binary composites with polyoxometalates will be thus synthsized. First, a class of novel heteroatom -doped/co-doped graphdiynes will be synthesized by hydrothermal or high-temperature treatment, and will be used as metal-free electrocatalysts for CO2 reduction. Meanwhile, similar heteroatom-doped 3-D polymeric carbon frameworks will be synthesized by bottom-up construction, and will be used as metal-free electrocatalysts for CO2 reduction. Final, specific polyoxometalates will be selected and the corresponding binary polyoxometalates/heteroatom-doped carbon materials hybrids will be synthesized and used as cheap electrocatalysts for CO2 reduction. The role of the heteroatoms and the synergistic effects of different components toward CO2 reduction will be examined. Thus a novel, low-cost system with high-performance electrocatalytic reduction of CO2 can be expected.

英文关键词： electrocatalysis;CO2 reduction;graphdiyne;doped carbon materials;polyoxometalates