電催化還原二氧化碳

電催化復(fù)原二氧化碳節(jié)能減排可持續(xù)開(kāi)展CO2酸CO醇酯CO2的電化學(xué)復(fù)原過(guò)程可以通過(guò)使CO2失去2eˉ、4eˉ、6eˉ和8eˉ電子來(lái)完成。CO2的電復(fù)原過(guò)程比較復(fù)雜，反響速率較慢。在不同的電極材料、復(fù)原電位、電解質(zhì)、pH等反響條件下，生成的產(chǎn)物也多種多樣。金屬電極主要產(chǎn)物Co、Sn、In、Bi等甲酸Au、Ag、Zn、Pd等COCu、Cu-Au、Cu-Sn等CO、醇、酸、烷烴等Al、Ga、Pt、Fe等催化效率很低金屬材料——鈀3.7/6.2/10.3nm尺寸Pd的TEM圖像和HRTEM圖像不同尺寸Pd復(fù)原CO2為CO的法拉第效率和電流密度Pd(111)、Pd(211)、Pd55和Pd38復(fù)原CO2為CO的自由能J.Am.Chem.Soc.2023,137,4288?4291ACSCatal.2023,4,3091?3095金屬材料—銅Phys.Chem.Chem.Phys.,2023,14,76–81與電拋光法和濺射法得到的Cu電極外表相比，Cu納米顆粒覆蓋的外表更容易電復(fù)原CO2生成碳?xì)浠衔锖虲O在Cu電極外表制備泡沫銅，可以使復(fù)原CO2產(chǎn)生HCOOH的法拉弟電流效率到達(dá)29%NatureCommunications，2023，5:3242－3247．金屬材料——銀納米孔銀電極催化材料，可以在過(guò)電位低于0.5V的條件下，高選擇性的把CO2復(fù)原成CO金屬材料——Cu/AuCu/Au合金納米材料對(duì)CO2選擇性催化復(fù)原產(chǎn)生醇的法拉第效率遠(yuǎn)高于銅電極J.Am.Chem.Soc.2023,134,19969?19972JournalofPowerSources252(2023)85-89金屬/金屬氧化物——Cu/Cu2O銅電極外表Cu2O的存在，可以提高電催化復(fù)原CO2為甲醇、甲酸等的法拉第效率和電流密度，可以降低復(fù)原過(guò)電位J.Am.Chem.Soc.2023,134,7231?7234金屬/金屬氧化物——Sn/SnOxJ.Am.Chem.Soc.2023,134,1986?1989在Sn/SnOx體系中，由于SnOx的作用，與Sn電極相比，雖然復(fù)原CO2的過(guò)電位相近，但反響電流密度高出數(shù)倍Nature.VOL529.7January2023金屬/金屬氧化物——Co/CoO紅線：四原子厚的局部氧化的鈷層藍(lán)線：四原子厚的鈷層紫線：局部氧化的塊狀鈷黑線：塊狀鈷在四原子厚超薄鈷/氧化鈷納米材料中，氧化鈷的存在提高了材料電催化復(fù)原CO2為甲酸的活性和選擇性金屬/金屬氧化物——Au/CeOxAu/CeOx界面上生成CO的法拉第效率遠(yuǎn)高于Au和Ce，因?yàn)锳u/CeOx界面促進(jìn)了CO2在CeOx上的吸附和活化J.Am.Chem.Soc.2023,139,5652?5655J.AM.CHEM.SOC.2023,132,11539–11551用碳酸酐酶將二氧化碳電催化復(fù)原為甲醇用吡啶鹽將二氧化碳電催化復(fù)原為甲醇Electrochem.Solid-StateLett.,2023,14,E9–E13導(dǎo)電聚合物、生物酶等面臨的挑戰(zhàn)：1.催化活性低；2.產(chǎn)物選擇性低；3.催化劑穩(wěn)定性/耐久性缺乏；4.對(duì)機(jī)理的理解研究缺乏；5.電極和系統(tǒng)未能優(yōu)化到可以用于實(shí)際。未來(lái)研究的方向：1.探索新的電催化劑以提高催化活性，優(yōu)化金屬電極的形態(tài)、尺寸