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电化学还原CO2的金属石墨烯催化剂及新型气体扩散电极的制备及性能研究的开题报告
一、研究背景及意义
近年来，CO2排放量逐年增加，成为世界所面临的重要环境问题之一。在减少CO2排放方面，除了节约能源以及采用低碳技术等外，还可以通过电化学还原CO2来转化为高附加值的有机物质，既能减少CO2排放，又能促进经济发展。
金属石墨烯催化剂及新型气体扩散电极是电化学还原CO2的关键材料，对于提高CO2还原效率和电化学过程的稳定性具有重要作用。因此，本研究拟制备金属石墨烯催化剂及新型气体扩散电极，并研究其电催化还原CO2的性能，旨在为电化学还原CO2技术的发展提供新的思路和方法。
二、研究内容和方案
本研究的主要内容为制备金属石墨烯催化剂及新型气体扩散电极，并考察其在CO2电催化还原方面的性能。
1.制备金属石墨烯催化剂
金属石墨烯催化剂是电催化还原CO2的重要材料，其合成方法有多种，如还原法、化学气相沉积法、机械混合法等。本研究拟采用化学还原法合成金属(如Ni、Fe等)和石墨烯复合物催化剂，并对其进行表征，包括SEM、TEM、XRD等。
2.制备新型气体扩散电极
传统的气体扩散电极透氧率低，容易造成CO2的积聚和传质限制。本研究提出采用介孔碳纳米管膜作为气体扩散电极材料，提高透氧率，改善电化学反应过程中的质传限制。制备气体扩散电极需要先合成氧化石墨烯纳米片，然后通过溶胶凝胶法在其上生长介孔碳纳米管。
3.考察催化剂和电极的性能
考察合成的金属石墨烯催化剂和新型气体扩散电极的电催化还原CO2性能，通过循环伏安和恒电位电化学实验，研究催化剂和电极对CO2还原反应的影响，包括产物选择性、电流密度和稳定性等。
三、研究进度安排及预期成果
本研究计划于1年内完成，具体进度如下：
第一季度：熟悉电化学还原CO2的基本原理和相关文献资料，完成催化剂制备方案的设计和优化，并初步制备和表征金属石墨烯催化剂。
第二季度：根据设计方案，完成氧化石墨烯纳米片的制备和介孔碳纳米管的合成，并将其作为气体扩散电极材料。
第三季度：对制备的金属石墨烯催化剂和气体扩散电极进行组装和表征，包括SEM、TEM、XRD等，初步考察其在CO2电催化还原中的性能。
第四季度：优化催化剂和气体扩散电极的制备条件，进一步考察其在CO2电催化还原中的性能，验证其应用前景及稳定性。
预期成果为：成功合成金属石墨烯催化剂和新型气体扩散电极，并通过电化学实验考察了其在CO2电催化还原中的性能，为电化学还原CO2技术的发展提供了新方向和方法。