CO_2电催化还原产物最新研究进展_闫翠红
电催化还原二氧化碳的研究进展
中 图 分 类 号 院 O643 . 3
文献标识码院 A
文 章 编 号 院 2095 - 2457 渊2017冤23-0049-003
Recen t Advances of Electrocatalytic Reduction of Carbon Dioxide ZHANG Rui - chen ZHANG Zhi - cheng WEI Shu - ping RUAN Xiao - xu GUO Zi - chen
员 关于催化材料的综述
1.1 金属催化剂
金属催化剂具有良好的导电性袁制备简单且易于实
际应用袁是目前研究最为深入的二氧化碳电化学还原催
化剂遥 在最近几十年内袁铜尧钴尧锡尧金这几种金属都常
被用作还原二氧化碳的电极催化剂遥 从二氧化碳的还原
机理看袁通常认为
C
* 2
中间体的生成是整个还原反应的
决速步骤[1]遥 金属催化剂的主要功能之一就是使相应
Science & Technology Vision
科技视界
电催化还原二氧化碳的研究进展
张瑞宸 章志成 韦姝平 阮晓旭 郭子忱 渊北京化工大学理学院袁中国 北京 102200冤
揖摘 要铱本 文 主 要 对 电 催 化 还 原 二 氧 化 碳 的 研 究 现 状 进 行 综 述 袁 介 绍 了 以 金 属 ( Cu , Au , Ag 等 ) 尧 碳 材 料 ( CNS , CNF , 石 墨 烯 ) 尧 复 合 材 料 尧 MOF 材 料 等 为 催 化 剂 还 原 CO2 的 优 缺 点 和 改 进 方 法 袁 最 后 围 绕 提 高 反 应 活 性 和 产 物 选择性的核心问题袁分析了目前将电催化过程推广到大规模生产应用存在的不足之处袁给出了从表面工程尧化学 修饰尧纳米或复合材料的使用还有其他方面这几个角度提高催化剂活性的方法和建议袁并对未来的研究前景进行 了展望遥
电化学还原CO_(2)制备醇类的电极材料研究
关键词：CO2；醇；电化学还原；电极
中图分类号:TM912. 9
文献标识码：A
文章编号:1674-9944（2021） 12-0178-04
1引言
近年来大气中co2含量逐年升高，其原因是世界 经济的快速增长下，推动了能源的巨额消费。CO2是造 成温室效应的主要气体，随着空气中co2含量的增加， 温室效应现象也日益显著。因此，减少CO2排放以及 将co2转化为能源是非常有必要的，也是环境保护的 关键E。CO2是地球上分布最广、储量最丰富的碳资 源,其作为一种光合作用的原料 ，可用于开发新能源、新 材料,为人类提供丰富的生物质。由于CO2分子结构 的特性，使CO2较难参与反应。目前比较依赖于大型 设备和复杂工艺将其转化，并且反应条件严苛，如高压 和高温。研究者们致力于采用化学重整，矿化，酶催化， 光催化，电催化等手段也，来克服CO2还原反应的较大 活化能。其中电化学反应法设备简单，条件温和，无需 还原性物质如H2作为原料，反应pH值接近中性，在 众多方法中备受青睐。除此之外，电化学还原具有以下 优点页：还原产物可以通过调节电解电压、电解温度和 电解液种类和组成来控制；反应条件较常规，且反应工 艺流程简单，容易控制；反应无污染，侧面反应少，具有 较高选择性，耗能比较低，且产品产量和纯度较高；电解 池的结构简单，电解液回收方便；用来电解的电能可以 由太阳能、水电能,风能和地热能等可再生能源提供 ；电 化学反应系统紧凑,模块化，按需调整，易于在工业上建 厂使用等等。
收稿日期=2021-02-25 基金项目：国家自然科学基金项目（编号= 21163025,21763034） 作者简介:代灵英（1993-）,女，硕士研究生，研究方向为应用电化学。 通讯作者:苏永庆（1964-）,男，教授，研究生导师，研究方向为应用电化学.
CO_2电化学还原研究进展
和甲酰 ,而且实验表明 ,CO2 的还原产物 ,如 CH4 、CO2 ,COOH 所生成的电流效率明显与 CO2 的压力
和温度有关 ;CO2 还原产物的产率因用 H2 预处理 Pt2GDE 而增加 。
对于甲烷和乙醇的生成 ,其反应机理可表述如下 :
CH3 (ad) + H(ad)
CH4
(5)
CH3 CO (ad) + H(ad)
keywordscarbondioxideelectrochemicalreductionreductiveproductcurrentefficiency随着全球经济的进一步发展对能源的需求日益增长这使人类向大气中排放的co2增预计到2010年将向大气排放11810102121010左右的co2而co2是引发温室效应的主要气体是造成全球变暖的重要原因如何有效地缓解温室效应减少大气中co进行回收转化是重要途径之一但是回收co并不容易
达 37 %。尿素生成的电流效率与 CO 由 CO2 、NH3 由 NO3- 单独还原生成时的电流效率有关 。
有人采用气体扩散电极 ( GDE) ,Pt 电催化 CO2 合成了 CH4 。当 Pt 催化层直接对着 CO2 气相 ,在
高的电流效率和大的局部电流密度下 ,CH4 是 CO2 还原的主产物 ,同时还生成甲醇 、乙烯 、乙烷 、CO
CO2 在水溶液中电化学还原的机理广泛讨论过[13] ,研究人员认为影响 CO2 还原的因素有 CO2
分压 、溶液 pH 值及溶液成份 、电极电位 、溶液的流体动力学等 。
普遍认为 CO2 在水溶液中还原机理为 :
CO2 + e-
CO2·- ads
(1)
HCO2· ads + e -
纳米材料电催化还原CO_(2)研究进展
·1·
2021 年 1 月 第 48 卷第 1 期
云南化工 Yunnan Chemical Technology
Key words: Nanocatalyst; Electrocatalytic Reduction; CO2
随着 CO2 含量的不断上升，如何将其转化为可用 物质已成为研究者们讨论的热门话题。而电化学催化 还原是有效将 CO2 资源进行转化的方法之一。在化学 工业中，将纳米微粒用作催化剂是纳米材料大显身手 的又一方面。纳米微粒由于尺寸小，表面所占的体积 分数大，从而增加了化学反应的接触面，其表面原子 配位不全导致表面的活性位置增加，使催化活性大大 提高 [1]。在电催化还原 CO2 研究中，为提高产物的种 类和选择性，加快反应物的生成速率，将纳米金属材 料修饰到电极表面是近几年在研究电化学还原 CO2 阴 极材料的热点。纳米结构的金属电催化剂除具备过渡 金属良好的导电性能和配位催化能力外，其较高的比 表面积还提升了对气体的吸附性能且增加了活性催化 位点的分布 [2]。因此，纳米结构的金属电催化剂在电 催化 CO2 还原领域中展现出较高的催化活性，具有潜 在的工业化价值。
1.2 化学气相反应法 化学气相反应法制备纳米颗粒是利用具有挥发性
的金属化合物的蒸气，通过化学反应生成所需要的化
合物，在保护气体的环境下快速冷凝，从而制备各类
物质的纳米颗粒。这种方法也被称为化学气相沉淀法
（Chemical Vapor Deposition，CVD）。化学气相反应法 适合于制备各类金属、金属化合物以及非金属化合物 纳米颗粒 [6]。
电催化还原CO2生成多种产物催化剂研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第3期电催化还原CO 2生成多种产物催化剂研究进展郑元波，张前，石坚，李佳霖，梅苏宁，余秦伟，杨建明，吕剑（西安近代化学研究所，氟氮化工资源高效开发与利用国家重点实验室，陕西西安710065）摘要：电催化还原CO 2生成含碳产物技术，能有效解决CO 2过量导致的温室效应及能源短缺问题。
但是，电催化还原CO 2会生成多种产物，因此，研究制备催化活性较好的高选择性催化剂是研究重点。
本文简述了电催化还原CO 2的基本原理、不同还原产物的形成途径、活性中间体、速控步及活性催化剂，分析了电催化还原CO 2生成不同产物存在的问题。
并且针对催化剂催化活性及催化反应过程中的这些问题，提出了提高催化剂催化活性的方法，总结了催化剂发展趋势，一般策略包括制造纳米结构材料、催化剂负载在高比表面积的载体上、杂原子掺杂、合金化、引入缺陷等，分析了这些方法通过改变电子传输等因素对催化剂活性及选择性的影响。
关键词：电催化；二氧化碳；还原产物；催化剂；改性中图分类号：TQ035文献标志码：A文章编号：1000-6613（2022）03-1209-15Research progress of catalysts for electrocatalytic reduction of CO 2tovarious productsZHENG Yuanbo ，ZHANG Qian ，SHI Jian ，LI Jialin ，MEI Suning ，YU Qinwei ，YANG Jianming ，LYU Jian(State Key Laboratory of Fluorine &Nitrogen Chemicals,Xi ’an Modern Chemistry Research Institute,Xi ’an 710065,Shaanxi,China)Abstract:The electrocatalytic reduction of carbon dioxide (CO 2)to produce carbon-containing products can effectively relieve the greenhouse effect and energy shortage caused by excessive CO 2.However,the electrocatalytic reduction of CO 2could form a variety of products simultaneously,and thus catalysts with both high selectivity and catalytic activity is the focus of such researches.This review briefly describes the basic principles of electrocatalytic reduction of CO 2,the formation pathways of different reductionproducts,the active intermediates,the rate control steps,the active catalysts.The existing problems arealso analyzed,and a method to improve the catalytic activity is proposed.The development trend of the catalyst is summarized and the common strategies include manufacturing nanostructured materials,supporting catalysts on carriers with high specific surface areas,heteroatom doping,alloying,andintroducing defects.The effects of changing the factors such as electron transport by using these methods on the catalyst activity and selectivity are analyzed.Keywords:electrocatalytic;carbon dioxide;reduction product;catalyst;modification综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1936收稿日期：2021-09-09；修改稿日期：2021-12-16。
电催化还原CO2的研究进展及应用前景
电催化还原CO2的研究进展及应用前景近年来，全球气候变化和能源危机日益严重，环境保护和可持续发展成为全球焦点，推动科技创新和能源转型成为重要任务。
作为一种重要的无机碳源，二氧化碳（CO2）的高效转化成为解决能源和环境问题的一条途径。
电催化还原CO2技术因为其独特的优势，如非热平衡、高选择性、易于控制反应条件，成为研究热点并被广泛应用。
本文将介绍电催化还原CO2技术的研究进展及应用前景。
1. 电催化还原CO2的原理和反应机制电催化还原CO2技术是利用电化学方法将CO2与电子转化成为一些有用的化学品的过程。
这种技术的核心就是电极催化剂的设计和制备。
与热力学学上需要较大的能量才能还原CO2相比，电催化还原CO2能够在较低的能量下完成，避免了热力学上的困难，并以高选择性进行反应。
对于CO2的还原过程，一般认为是一个五电子还原的过程，包括一个CO2分子的四个电子和一个质子的转移。
分子结构方面，CO2分子的还原产物主要有CO、甲烷、甲酸、甲醇等多种。
在催化剂的帮助下，CO2会在阳极上先被吸附，形成一些活性物种，催化剂优化后可以调整这些吸附物种的反应能力，改变产物的选择性。
2. 电催化还原CO2的主要技术路线目前电催化还原CO2的主要技术路线可以归为以下几类：（1）长寿命催化剂的设计与制备。
目前学界对于催化剂主要是涉及过渡金属催化剂，因为过渡金属催化剂能够在高选择性、高效率等条件下实现还原反应。
然而，很多过渡金属催化剂在长时间反应后会失活，因此需要进行催化剂设计和制备，优化催化剂结构，提高催化剂的寿命，同时高效地转化CO2。
（2）生物电化学还原。
这种方法是将CO2还原的理念与生物电化学技术的思路相结合，将微生物作为催化剂进行CO2还原，因此获得了反应选择性和活性高的特点。
（3）光电化学还原。
光电化学还原技术是将光催化和电催化有机结合，通过半导体材料限制的光吸收体上主要催化剂的光降解、激活并转移电子，将CO2、H2O等物质的还原与氧气的还原结合在一起进行反应。
CO_(2)电催化还原的分子活化机理研究进展
在过去的 30 年里, 全球 CO2 排放量增加了一倍, 按照目
前的化石燃料消耗速度, 预计到 2040 年将增加两倍, CO2 排放
量剧增的一个重要影响将是全球平均气温升高, 对全球环境产
生深远影响 [1] 。 随着太阳能和风力发电成本的持续下降, 电化
学还原 CO2 正在成为一种降低大气中 CO2 含量的有效策略, 将
从可再生能源中获取电能然后利用电子驱动化学转化, 是
碳基化学品和燃料可持续生产和再生一个非常吸引人的方案。
要想实现上述转变, 开发高丰度、 高性能的电催化剂势在必
行, 它不仅要能提供较低的能量损失和更高的效率, 而且要求
具有高活性和高稳定性。 然而, CO2 电催化剂还原的机理仍然
和水转化为化学物质和燃料。 由此产生的燃料可以长期储存,
也可以被分配或消耗, 释放出的 CO2 被捕获作为起始的反应物
质, 形成一个绿色的能源回路。 此外, 由此产生的 CO 和甲酸
盐小分子物质可以用作更复杂的化学合成原料。
表 1 总结了 CO2 电化学还原的主要电化学反应及其标准氧
化 还 原 电 位, 包 括 CO、 HCOOH、 CH4 、 CH3 OH、 C2 H4 、
似乎略有不同。 CO2 与催化剂的初始结合不涉及质子-电子协
同转移诱导的步骤, 而是通过电子传递介导的 CO2 结合步骤,
如式(3) 和图 4 所示。
M2+ +e - → M +
通过利用计算化学给出的结合能, 发现理论预测和实验之间有
很好的一致性, 如过渡金属 Pb、 Sn、 Bi 和 In 等, 更喜欢通过
CO2 的氧结合到催化剂的表面上形成 M-OCHO, 对 HCOOH 有
电催化二氧化碳还原反应的研究进展
电催化二氧化碳还原反应的研究进展随着全球气候变化的日益严重，寻找可持续的能源和减少温室气体排放的方法变得越来越重要。
电催化二氧化碳还原反应作为一种新型的碳循环技术，引起了广泛的关注。
该反应利用电能催化二氧化碳转化为高附加值的碳氢化合物，如甲醇、甲烷等，具有巨大的潜力。
在过去的几十年里，科学家们进行了大量的研究，以改善电催化二氧化碳还原反应的效率和选择性。
其中一个关键的挑战是提高催化剂的活性和稳定性。
传统的催化剂，如铜、银和金等贵金属，具有较高的活性，但成本较高且稳定性较差。
因此，开发廉价、高效的催化剂成为研究的重点。
近年来，许多新型催化剂被提出并取得了显著的进展。
例如，基于过渡金属的催化剂，如镍、铁、钴等，具有较高的活性和选择性。
这些催化剂能够有效地催化二氧化碳还原为甲醇、甲烷等有机物，并且具有较好的稳定性。
此外，一些非金属催化剂，如氮化硼、磷化硅等，也显示出良好的催化性能。
这些新型催化剂的发现为电催化二氧化碳还原反应的研究提供了新的思路和方法。
除了催化剂的改进，反应条件的优化也对提高反应效率具有重要意义。
例如，调节电位、温度和压力等参数可以显著影响反应速率和选择性。
近年来，一些研究表明，采用电解液中添加助剂可以进一步提高反应效率。
例如，添加氯离子可以增加甲醇的产率，而添加二氧化硫可以提高甲烷的选择性。
这些发现为优化反应条件和提高产物选择性提供了新的途径。
此外，研究人员还尝试将电催化二氧化碳还原反应与其他反应相结合，以提高碳转化效率。
例如，将二氧化碳还原反应与水电解反应联用，可以实现高效的甲醇合成。
此外，一些研究还将电催化二氧化碳还原反应与太阳能光催化反应相结合，以利用可再生能源进行碳转化。
这些多相反应系统的设计和优化对于实现高效的二氧化碳还原具有重要意义。
尽管电催化二氧化碳还原反应的研究取得了一些重要的进展，但仍然存在许多挑战和问题。
首先，催化剂的设计和合成仍然是一个复杂的问题。
虽然已经发现了许多高效的催化剂，但其活性和稳定性仍然需要进一步提高。
电催化CO2还原的研究进展
电催化CO2还原的研究进展随着能源的日益稀缺和环境的不断恶化，人类对新型清洁能源的需求也越来越迫切。
CO2作为温室气体的主要组成部分，其排放已经成为了全球关注的焦点。
因此，CO2的太阳能或电化学还原成为了减少CO2排放的有效途径之一。
本文将介绍电催化CO2还原的研究进展。
一、电催化CO2还原原理电催化CO2还原与传统的光催化CO2还原类似，都是利用太阳能或外加电能激发催化剂，将CO2还原成电子丰富的小分子。
但是，电催化CO2还原的反应机理更为清晰明了，因为它的反应条件可以严格控制。
在电催化CO2还原过程中，催化剂的电子结构经历了多次调整，将CO2还原成为甲醛、甲酸等有机分子，并释放出H2为副产物。
二、1. 催化剂的开发在电催化CO2还原的过程中，催化剂是重中之重。
目前已经研发出了许多高效、稳定的催化剂，包括金属催化剂、半导体催化剂和非金属有机催化剂等。
例如，银、铜等金属具有高的电子传导率和强的CO2还原活性，可将CO2还原成CH3OH等有机物；TiO2等可见光催化剂则可利用太阳光促进CO2的还原。
此外，近年来，各种新型催化剂的研究正在蓬勃发展，如钙钛矿、金属有机框架等，它们具有更好的光吸收性能和比表面积，可提高催化效率。
2. 反应机理研究催化剂带电子结构是电催化CO2还原过程中最为重要的反应机理。
从化学反应的视角来看，CO2还原的主要过程是序列的电子负载和释放。
因此，催化剂中的活性位点和催化剂表面的电场能够控制反应路径、产率和选择性。
为了研究反应机理，科学家们运用了各种光谱和表征技术，如光电子能谱、拉曼光谱等。
这些研究结果不仅对理论化学有价值，同时也能启迪新型高效的电催化CO2还原催化剂的设计。
三、电催化CO2还原的展望CO2的高效还原和利用，不仅对于减少CO2排放和提高资源利用率有着极为重要的意义，同时也有助于未来的清洁能源开发。
随着科技的不断发展，催化剂的设计和优化将会越来越准确和有效。
电催化的CO2还原也将成为未来的研究热点，为建立良好的能源环境供给新手段提供新的思路和方向。
电催化二氧化碳还原反应的研究进展
电催化二氧化碳还原反应的研究进展【导言】随着人类经济的飞速发展以及各个行业对能源的迫切需求，人们对于高效、环保以及可再生能源的开发利用也逐渐变得越来越重视。
其中电化学在可再生能源领域的开发应用也越来越引起人们的关注。
其中一种被广大研究者关注的电化学反应就是电催化二氧化碳还原反应，其具备将产生大量的有机化合物用于化学品生产、能源储存等重要应用的潜力，因此备受关注。
本文将就电催化二氧化碳还原反应的研究进展进行简要的回顾和总结。
【背景】化石能源的限量、能源环境污染与全球气候变化等问题，都暴露出传统的能源体系发展的不可持续性。
因此，研究可持续、清洁、高效的新能源技术，是人类能源发展的必然选择。
在人工合成燃料产业领域，二氧化碳还原反应呈现出巨大的潜力。
技术创新方兴未艾，研究者们积极探索电化学二氧化碳还原反应的机理、催化剂开发和反应条件优化等方面，以期实现更高效的二氧化碳转化效果。
【电催化二氧化碳还原反应的意义】复杂的二氧化碳还原机理一直以来都是研究领域的热点之一。
对于这类反应的研究一直以来都受到了广泛的关注。
电催化二氧化还原反应正是基于电催化剂的催化，将二氧化碳和水转化为形式合成气（mainly CO and H2）、甲醇、乙醇等有机物的重要反应。
通过电化学二氧化碳还原反应，可以将太阳能等可再生能源转化为更广泛、允许可持续发展的形式，同时还能使人工合成燃料的质量得到提高。
【评价以往研究的成果】在这个领域，前沿的研究有很多。
研究者们通过多种方法探寻催化剂的活性位点，寻找最合适的反应条件，形成了许多可行且具有较高经济效益的二氧化碳转化技术，进而实现了能源的可持续性发展。
但一些问题也是不能回避的。
如反应的能量利用率、催化剂的长期稳定性、副反应的抑制等都是制约该技术广泛应用的主要瓶颈。
针对这些问题，研究者们沉淀了大量的研究成果，从而推进了该技术的发展。
【新的机遇和挑战】随着研究的不断深入，前沿的二氧化碳还原反应研究也呈现出一些新的机遇与挑战。
二氧化碳电催化还原技术的研究及其应用
二氧化碳电催化还原技术的研究及其应用随着全球环保意识的不断升高，低碳经济已经成为世界关注的热门话题之一。
而二氧化碳是造成全球变暖的主要温室气体之一，寻找一种可持续的方式来减少大气中二氧化碳含量已经成为全球科学家们不懈的目标。
二氧化碳电催化还原技术（Carbon dioxide electrocatalytic reduction）就是目前研究得比较热门和具有发展价值的方法之一，本文将介绍该技术的研究现状和应用前景。
一、二氧化碳电催化还原技术的定义二氧化碳电催化还原技术是指利用电能作为外部能源，促使二氧化碳分子分解还原成为一些有用的、高附加值的物质，从而达到减少人类活动释放到大气中的二氧化碳数量的目的。
二、二氧化碳电催化还原技术的主要机理二氧化碳分子在电催化还原过程中首先被还原成一氧化碳和羰基物中间体，然后这些中间体就会在催化剂的作用下进行一系列的化学反应，最终形成一些有用的化学物质。
三、当前二氧化碳电催化还原技术的研究热点由于二氧化碳还原技术的研究范围极其广泛，因此有很多不同的研究方向和研究领域。
下面列举其中的几个主要研究方向。
1. 催化剂的设计催化剂是二氧化碳电催化还原技术的重要组成部分。
目前大多数催化剂都是基于贵金属或铜的。
因此，未来的研究重点将是寻找廉价、高效、有针对性的催化剂来提高二氧化碳还原效率。
2. 反应机理的研究主要是利用各种先进的实验技术和数学计算模拟来研究二氧化碳分子在电催化还原过程中可能发生的化学反应机理和能量变化规律，以了解二氧化碳分子何时发生转化，以及如何控制这些反应过程。
3. 电极材料的研发目前二氧化碳电催化还原技术使用既能导电又稳定的电极材料比较少，这也成为了二氧化碳电催化还原技术的一个瓶颈。
因此，寻找一种高效的、具有可控性和稳定性的电极材料将是未来研究的重点之一。
4. 原位反应监测技术和环境友好型催化剂的研究高级原位反应监测技术能够提供实时的反应信息，有利于更好地了解反应活性位和催化剂粒子的功能。
电催化还原CO2技术的研究现状
电催化还原CO2技术的研究现状在过去的几十年中，尽管我们已经实现了许多在真正意义上的能源转换，但是我们依然面临着严重的气候变化、环境污染和能源短缺的挑战。
电催化还原CO2技术是一项追求通过使用可再生能源和珍贵金属催化剂来将CO2转化为高附加值的化学品的新技术，并且其原理的理论和实验研究已经得到了广泛的关注。
电催化还原CO2技术的研究主要集中在通过用电可以促进和加速CO2分子的转化，使其分子重新排列，以产生远高于和单一的孤立碳/氧/氢原子或基团的产率的有机化合物。
研究表明，正电极和负电极之间的电子转移和O2、CO、H2O和CO2的吸附和离子迁移是电催化还原CO2技术的核心之一。
近年来，一些大规模研究和实验已经展现出了光电催化还原CO2的前景。
例如，人们研究了一种称为氧动力电池的新型电池，其使用的材料是电感、汞和钛。
通过这些研究，人们已经可以生产出一种高效且低成本的CO2还原工具，这种工具可以在太阳光下驱动电子（相比于单向光电转换器件效率高出许多）。
使用光激发还原CO2的技术是非常渴望的，因为由于太阳能板的快速降低，人们在建设市场中的效果比较低。
同样，这一技术还具有具有增大产物种类的能力，包括例如CO、氨和一些碳水化合物。
此外，目前各种催化剂正在被研制和设计以制备电催化还原CO2和混合气体的异质/同质化合物。
例如，一些钼、银、铜、镍、钴、铁、锰、铱、铂、钌和鈾化合物具有很好的CO2活性，它们可以产生氧化物中的有机化学合物和太阳能，在这些化学反应中使用。
而在光电催化还原CO2研究中，人们在奈米金和纳米银的催化作用下节约了珍贵金属共催化的成本。
总之，电催化还原CO2技术作为一项年轻的新技术，其研究现状正逐步走向成熟和完善。
未来我们可以进一步开发适合实际应用的电催化还原CO2技术方案，这将会对推动经济和环保事业的发展起到积极的促进作用。
CO2电催化还原制烃类产物的研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第6期·2150·化 工 进展CO 2电催化还原制烃类产物的研究进展景维云1，毛庆1，石越1，杜兆龙2，肖宇2，刘松3，徐金铭3，黄延强3（1大连理工大学化工学院，辽宁 大连 116023；2全球能源互联网研究院，北京 102200；3中国科学院大连化学物理研究所航天催化与新材料研究室，辽宁 大连 116023）摘要：应用可再生能源驱动CO 2电催化还原制备燃料，是目前清洁能源发展最具前景的方向之一。
本文综述了以气态烃类（CH 4、C 2H 4）为目标产物的CO 2电催化还原的研究进展，分别介绍了电催化材料、电解质溶液以及反应机理的研究现状。
指出在水溶液电解质中，电催化材料需兼具烃类产物的高选择性与电化学析氢反应的抑制能力，Cu 与Cu 基材料是电催化材料的首选，Cu 的氧化物由于其丰富的结构特征拓宽了电催化材料优选范围。
水溶液电解质的性质会显著影响CO 2电催化还原产物的选择性；非水溶液或痕水溶液电解质由于可以显著抑制析氢反应，将会进一步拓宽电催化材料的优选范围。
最后介绍了CO 2电催化还原机理研究的现状，指出原位电化学谱学方法的应用与CO 2电催化还原机理模型研究工作的开展，将成为人们深入认识以烃类为目标产物的CO 2电催化还原反应的关键，并有利于指导电催化材料与电解质材料的研究开发。
关键词：二氧化碳；碳氢化合物；电化学中图分类号：O646 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）06–2150–08 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.06.026Research progress of electro-catalytic reduction of CO 2 to hydrocarbonsJING Weiyun 1，MAO Qing 1，SHI Yue 1，DU Zhaolong 2，XIAO Yu 2，LIU Song 3，XU Jinming 3，HUANG Yanqiang 3（1School of Chemical Engineering ，Dalian University of Technology ，Dalian 116023，Liaoning ，China ；2Global EnergyInterconnection Research Institute ，Beijing 102200，China ；3 Laboratory of Aerospace Catalysts and New Materials ，Dalian Institute of Chemical Physics ，Chinese Academy of Sciences ，Dalian 116023，Liaoning ，China ）Abstract : Electroreduction of CO 2 into useful fuels ，especially those driven by renewable energy ，is one of the most promising strategies for clean energy development. Current researches of the electro-catalytic reduction of carbon dioxide to hydrocarbons （CH 4，C 2H 4）is reviewed. It covers the research status of electro-catalytic materials ，electrolyte solution and the reaction mechanisms. Among aqueous electrolytes ，copper and copper based materials are preferred as they have both high selectivity in the hydrocarbons transfer and inhibiting ability of hydrogen evolution reaction (HER). Copper oxides provides more options of the electro-catalytic materials due to their multiplex structural features. Aqueous electrolytes have significant effects on the selection of the electro-catalytic reduction products ，while non-aqueous or trace-aqueous electrolytes are promising because of their significant inhibition ability of the HER. Finally ，the research status of the reaction mechanisms are introduced. It is suggested that the application of in-situ spectroscopy techniques and the modeling work based on the（201602162）项目。
用于电化学还原二氧化碳的催化剂及其制备方法[发明专利]
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710574530.0(22)申请日 2017.07.14(71)申请人 碳能科技（北京）有限公司地址 102412 北京市房山区阎村镇互联网金融安全示范中心48号楼(72)发明人 赵鹏鹃 张红飞 康鹏 (74)专利代理机构 北京律智知识产权代理有限公司 11438代理人 李华 崔香丹(51)Int.Cl.B01J 35/02(2006.01)B01J 23/66(2006.01)C25B 1/00(2006.01)C25B 11/06(2006.01)(54)发明名称用于电化学还原二氧化碳的催化剂及其制备方法(57)摘要提供一种用于电化学还原二氧化碳的催化剂，所述催化剂是碳负载纳米Ag x Zn y O z 或Ag x Zn y合金，其中0<x<1，0<y<1，x+y＝1，z≤2x+y。
还提供该催化剂的制备方法。
本发明的两种催化剂活性组分的颗粒尺寸达到了纳米级别，保证了催化剂具有多的活性位点，具有较大的电流密度。
本发明的催化剂具有良好的CO 2电还原催化活性，不仅电解电压低，而且CO 2转化效率高。
催化剂的两种制备方法具有良好的工艺放大能力，它们的核心步骤或者是复分解沉淀，或者是浸渍焙烧步骤，均简单易控。
权利要求书1页 说明书6页 附图2页CN 107252705 A 2017.10.17C N 107252705A1.一种用于电化学还原二氧化碳的催化剂，其特征在于，所述催化剂是碳负载纳米Ag x Zn y O z ，其中0<x<1，0<y<1，x+y＝1，z≤2x+y。
2.一种用于电化学还原二氧化碳的催化剂，其特征在于，所述催化剂为纳米Ag x Zn y 合金，其中0<x<1，0<y<1，x+y＝1。
3.根据权利要求1或2所述的催化剂，其特征在于，0<x≤0.5。
CO_2电催化还原产物最新研究进展_闫翠红
文章编号：1002-1124（2010）07-0042-04Sum 178No.7化学工程师ChemicalEngineer2010年第7期收稿日期：2010-04-08作者简介：闫翠红（1977-），女，哈尔滨师范大学在读研究生，研究方向：催化材料与催化过程绿色化。
导师简介：蔡清海（1962-），男，教授，主要研究方向：催化化学与材料化学。
随着全球经济的发展，对能源的需求日益增长，大气中CO 2的排放量不断增加。
为有效地缓解“温室效应”、降低大气中CO 2的含量，将CO 2进行回收转化是重要的途径之一[1-4]。
CO 2是碳的最高氧化阶段的产物，从化学变化角度看，它处于很稳定的状态，近乎于“惰性气体”。
因此，寻找一种有效的方法转移CO 2一直是社会关注的焦点。
CO 2作为一种潜在的碳资源，其转化固定方法很多，如高温非均相与均相催化氢化作用、电化学还原、光电化学和光催化还原[5]和CO 2催化共聚等。
其中，利用电化学方法使CO 2还原成有用物质是一条重要的途径。
与化学合成法相比，CO 2电化学还原具有装置投资少，容易扩建，操作简便及含碳副产物含量低等优点。
在CO 2的电化学还原方面的研究，研究者们主要研究方向集中在电极材料与电解质性能的改进上。
最初，工作电极主要选用金属电极（如Hg ，Au ，Pb ，In ，Cd ，Sn ，Zn ），目前，电极的研究热点主要集中在各种金属以及金属氧化物为载体所制作的修饰电极上。
迄今为止，使用过的电极主要有金属电极，气体扩散电极，半导体电极以及修饰电极。
在电解质的研究方向上主要有两方面：水溶性介质与非水溶性介质，在非水溶性介质中有人利用了新型绿色的离子液体做电解质来完成CO 2的电化学转化，但是转化产物收率不高。
介质成分与电极材料的不同决定了CO 2还原产物的不同。
现今主要的研究方向就是利用CO 2的电化学还原制取CO ，HCOOH ，CH 4，C 2H 4，CH 3OH ，HCHO 以及酯类等有机物。
Bi基催化剂电催化还原CO_2的研究
Bi基催化剂电催化还原CO_2的研究随着社会工业化的进步和发展,日益突出的能源短缺和环境污染两大问题使人们越来越重视资源的可持续发展。
近年来,大气中CO<sub>2</sub>的浓度急剧升高,全球温室效应已成为不可忽视的环境问题,CO<sub>2</sub>污染控制技术的研究和应用具有重要意义。
CO<sub>2</sub>电催化还原技术因其反应条件温和可控、原料可循环利用、易于模块化等优点,被认为是最具应用前景的一种CO<sub>2</sub>资源化利用方法。
该方法利用太阳能、风能等可再生能源产生电能,将CO<sub>2</sub>电催化还原为甲酸等高能量密度的燃料物质加以循环利用,既能降低CO<sub>2</sub>浓度,又能在一定程度上缓解能源短缺的压力。
目前CO<sub>2</sub>电催化还原技术主要存在的问题是:（1）反应过电位较高、反应能耗高;（2）电流密度低,反应速率慢;（3）副反应多,目标产物选择性低。
因此,开发高效新型的催化材料是解决以上技术问题的关键所在。
本文在现有研究基础上,以高活性、低成本、无毒害的Bi基催化材料作为主要研究对象,采用原料价格低廉、操作简便易控的合成方法进行新型催化剂的制备,以期实现提高目标产物选择性、增大催化反应电流密度和降低反应过电位的目的。
本文的主要研究内容及结论如下:（1）通过水热法制备了BiOX<sub>0.5</sub>Y<sub>0.5</sub>(BiOCl<sub>0.5</sub>Br<sub>0.5</sub>、BiOBr<sub>0.5</sub>I<sub>0.5</sub>和BiOCl<sub>0.5</sub>I<sub>0.5</sub>)复合催化剂,并对其电催化还原CO<sub>2</sub>性能开展了研究。
金属催化剂在电催化CO_(2)还原反应中的应用
金属催化剂在电催化CO_(2)还原反应中的应用
鲁佩芳;阮少军
【期刊名称】《中国资源综合利用》
【年(卷),期】2024(42)2
【摘要】在碳达峰碳中和(简称双碳)背景下,发展高效的CO_(2)转化技术已迫在眉睫。
电催化还原CO_(2)是一种有效的CO_(2)转化方法,近年来发展迅猛,此法可以通过调节施加电位、催化剂、电解池、电解液等反应条件来调整反应进程和产物分布,具有清洁、高效、易调控的特点。
本文立足于电催化还原CO_(2)方面的研究成果,简述电催化还原CO_(2)的反应原理,综述金属催化剂对还原产物选择性和产率的研究进展,介绍贵金属基催化剂、非贵金属基催化剂的不同结构与组成对电催化还原CO_(2)的影响,包括活性、选择性、稳定性等,并对电催化还原CO_(2)催化剂的发展方向进行展望,以更好地将金属催化剂应用在电催化CO_(2)还原反应中。
【总页数】4页(P98-101)
【作者】鲁佩芳;阮少军
【作者单位】徐州市环境监测中心;空军勤务学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ032.4
【相关文献】
1.碳纳米管基非贵金属催化剂在电催化氧化还原中的应用研究进展
2.酞菁钴(CoPc)基电极材料在电催化CO_(2)还原反应中应用的研究进展
3.双原子位点M-N-C电
催化剂在CO_(2)还原反应中活性位点的最佳分布4.原位拉曼光谱在电催化CO_(2)还原中的应用5.电催化CO_(2)还原立方体Cu_(2)O催化剂的制备及其在大面积膜电极反应器中的应用
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CO_2还原钌催化剂的研究
CO_2还原钌催化剂的研究
刘静霞;侯文华
【期刊名称】《航天医学与医学工程》
【年(卷),期】2004(17)6
【摘要】目的提高萨巴特 (Sabatier)反应在催化剂作用下CO2 还原反应的转化率。
方法采用浸渍法制备了Ru基CO2 还原催化剂 ,研究了其在CO2 还原反应中的催化性能。
结果建立了以Ru为活性组分的高性能CO2 还原催化剂的稳定制备方法 ,并对制备出的催化剂进行物理和化学性能测试 ,研制的催化剂在启动温度、反应温度、反应转化率、产水水质等技术指标接近国外的水平。
结论在较温和的反应条件(T =2 0 0～30 0℃ ,P =0 .1MPa ,GJSV =45 0 0h- 1 )下 ,制备的钌催化剂作用下的CO2 还原反应产水转化率达 96%以上。
【总页数】4页(P457-460)
【关键词】二氧化碳;还原;浸渍法;钌;催化剂
【作者】刘静霞;侯文华
【作者单位】中国环境科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】R852.82
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1.利用程序升温还原方法研究钻，钌，钼加氢脱硫催化剂氧化态的还原过程 [J],
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电化学反应性捕集CO_(2)研究进展与挑战
电化学反应性捕集CO_(2)研究进展与挑战武中志;刘静怡;王茹洁;汪黎东【期刊名称】《能源环境保护》【年(卷),期】2024(38)3【摘要】CO_(2)捕集是控制温室气体排放的关键技术之一,电化学CO_(2)还原是关闭人工碳循环的有效途径,但CO_(2)捕集和电化学CO_(2)还原过程均为能源密集型过程。
过去的研究将两者视为相互独立的技术和科学领域进行发展。
通过直接电解捕集介质(如胺基富液和碳酸氢盐),将上游的碳捕集和下游的电化学还原过程进行集成耦合,可以避免高能耗的捕获介质再生和CO_(2)释放环节,避免CO_(2)的运输和存储操作,降低整体工艺的运行成本,提升整个碳循环的能量效率和经济效益,为节约能源和经济高效地捕集利用CO_(2)提供了一个潜在的解决方案。
总结了目前电化学反应性捕集CO_(2)的研究进展,论述了在电极和电解质方面取得的成果,讨论了影响集成电解效率的限制因素,并分析了各类因素的潜在影响机制和可能的反应路径。
最后,强调了直接电化学还原捕集介质领域的主要挑战和机遇,并对未来耦合碳捕集与电化学利用过程的发展进行展望。
【总页数】12页(P1-12)【作者】武中志;刘静怡;王茹洁;汪黎东【作者单位】华北电力大学环境科学与工程系【正文语种】中文【中图分类】X505;X51【相关文献】1.电化学介导胺再生CO_(2)捕集系统电化学性能研究2.集超临界水煤气化和CO_(2)捕集的CO_(2)/H_(2)O动力循环性能3.固废源CaO基CO_(2)捕集材料的制备与捕集性能研究进展4.CO_(2)捕集液物性对其捕集性能的影响分析5.电化学还原高压CO_(2)捕集溶液制太阳能燃料因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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文章编号：1002-1124（2010）07-0042-04Sum 178No.7化学工程师ChemicalEngineer2010年第7期收稿日期：2010-04-08作者简介：闫翠红（1977-），女，哈尔滨师范大学在读研究生，研究方向：催化材料与催化过程绿色化。
导师简介：蔡清海（1962-），男，教授，主要研究方向：催化化学与材料化学。
随着全球经济的发展，对能源的需求日益增长，大气中CO 2的排放量不断增加。
为有效地缓解“温室效应”、降低大气中CO 2的含量，将CO 2进行回收转化是重要的途径之一[1-4]。
CO 2是碳的最高氧化阶段的产物，从化学变化角度看，它处于很稳定的状态，近乎于“惰性气体”。
因此，寻找一种有效的方法转移CO 2一直是社会关注的焦点。
CO 2作为一种潜在的碳资源，其转化固定方法很多，如高温非均相与均相催化氢化作用、电化学还原、光电化学和光催化还原[5]和CO 2催化共聚等。
其中，利用电化学方法使CO 2还原成有用物质是一条重要的途径。
与化学合成法相比，CO 2电化学还原具有装置投资少，容易扩建，操作简便及含碳副产物含量低等优点。
在CO 2的电化学还原方面的研究，研究者们主要研究方向集中在电极材料与电解质性能的改进上。
最初，工作电极主要选用金属电极（如Hg ，Au ，Pb ，In ，Cd ，Sn ，Zn ），目前，电极的研究热点主要集中在各种金属以及金属氧化物为载体所制作的修饰电极上。
迄今为止，使用过的电极主要有金属电极，气体扩散电极，半导体电极以及修饰电极。
在电解质的研究方向上主要有两方面：水溶性介质与非水溶性介质，在非水溶性介质中有人利用了新型绿色的离子液体做电解质来完成CO 2的电化学转化，但是转化产物收率不高。
介质成分与电极材料的不同决定了CO 2还原产物的不同。
现今主要的研究方向就是利用CO 2的电化学还原制取CO ，HCOOH ，CH 4，C 2H 4，CH 3OH ，HCHO 以及酯类等有机物。
1CO 2电化学还原生成HCOOH ，CO ，CH 3OH ，CH 4，C 2H 4等物质的研究1.1电极材料对还原产物的影响在无机盐水溶液中的金属电极(如Hg 、Au 、Pb 、In 、Cd 、Sn 、Zn)上的阴极还原有许多报道。
在水溶液中CO 2还原遇到的主要问题是质子干扰，所以电极最好是那些具有高的氢过电位的金属(如Pb 、Hg 、Sn 、In 等)。
CO 2在水溶液中的电化学转化分为多电子转移和单电子转移两种反应。
在多电子转移反应中，CO 2的还原产物并不是唯一的，它可以得到不同的C 1化合物，如CO 、甲酸、甲醛、甲醇和甲烷。
得到各种产物的还原反应具有相应的标准氢电极（NHE ）电位：CO 2+2H ++2e -→CO+H 2O E =-0.52V （1）CO 2+2H ++2e -→HCOOH E =-0.61V （2）CO 2+4H ++4e -→HCHO+H 2O E =-0.48V （3）CO 2+6H ++6e -→CH 3OH +H 2O E =-0.38V （4）CO 2电催化还原产物最新研究进展闫翠红，李红艳，路嫔，蔡清海（哈尔滨师范大学化学化工学院，黑龙江哈尔滨150025）摘要：本文综述了电化学方法活化CO 2的研究，水溶性介质，非水溶介质中电极材料的不同CO 2还原产物的不同，以及在两种介质中的还原反应机理和转化情况。
旨在寻求一种合理、高效而又绿色的CO 2转化方法来缓解温室效应。
关键词：二氧化碳；电化学还原；电极中图分类号：TQ151.5文献标识码：AReseach development of CO 2reduzate by electro-catalysisYAN Cui-hong ，LI Hong-yan ，LU Pin ，CAI Qing -hai（College of Chemistry and Chemical Engineering ，Harbin Normal University ，Harbin 150025，C hina ）Abstract ：It is an overview of electrochemical activation of carbon dioxide.In the water-soluble media and non-water-soluble media ，the reductions of carbon dioxide are different at different electrode materials ，and the mechanism of reaction and conversion in both medium.Aimed at finding a reasonable ，efficient and green method of conversion of carbon dioxide —mitigating the greenhouse effect.Key words ：carbon dioxide ；electrochemical reduction ；electrodeCO2+8H++8e-→CH4+2H2O E=-0.24V（5）2H++2e-→H2E=-0.41V（6）在单电子转移的反应中，CO2的还原反应的NHE电位为：CO2+e-→CO2-E=-1.20V（7）CO2+H++e-→CO2H E=-0.60V（8）所以有些研究者认为水溶液中的主要还原产物是甲酸或甲酸盐离子，也有人认为CO2还原主产物为CH4。
这些主要取决于CO2还原时的电极电位或电流密度。
较负电位(即较小电流密度)下，CO与羧基是主要还原产物;在更负电位(即大的电流密度)时,CH4和C2H4是主要还原产物。
Frese等人在Ru和Mo阴极上，用CO2还原生成了CH4、CO和CH3OH,而在Hg、Pb、Sn、In金属电极上,将之放在四烷基锰盐水溶液中,生成CH4、乙二酸和其它羧酸。
有人用Pb 做工作电极，石墨电极做对电极，0.1mol·L-1KOH/甲醇溶液中电化学还原CO2，在CO2压力为1.2M Pa 时CO和HCOOH生成的法拉第效率最大，分别为13.93%和24.00%。
在KHCO3水溶液中,以Cu作工作电极电还原CO2,常温下有效地生成CH4、C2H4、EtOH。
并且他们还检测到CO2的最初产物是CO和HCOO-。
CO吸附在Cu电极上,在更负的阴极电位时进一步还原生成烃和醇,而HCOO-不再还原。
也证明了在金属电极上CO2能被还原成CO和甲酸等不同的有机物。
也有人用金属In做阴极在水溶性介质中还原CO2制甲酸，法拉第效率最高可达80%[6]。
鉴于前人工作的经验，Jitrau等人对前人的工作曾经做了两点归纳：（1）对于有d10电子结构的一些金属电极，在水溶液中，CO2电化学还原的主要产物是HCOOH；（2）电极还原CO2生成HCOOH的活性按下列顺序降低：In≈Bi＞Hg＞Pb＞Sn＞Zn≈Cu。
在实验者们尝试了大量的金属电极之后，有人又研制出各种修饰电极来进行CO2的电化学转化。
在金属电极做工作电极制取甲酸的反应中铟是一种比较好的电极材料，对铟进行沉积[7]或用铟修饰铜所做的修饰电极[8]对CO2的还原具有更好的效果，对甲酸的制取都具有较高的活性，并且比铟电极具有更好的稳定性和良好的产物选择性。
近几年又有人研究了高压及常压下玻碳电极还原CO2的反应，以及钴酞菁修饰玻碳电极的电还原CO2行为。
结果表明玻碳电极常压下即可还原CO2，但法拉第效率极低，高压下法拉第效率大大提高，可将CO2还原为CO（31%）和甲酸（15%）。
若用钴钛菁修饰玻碳电极常压下即可将CO2还原，法拉第效率可达30%[9]。
最近又有人制备了TiO2-CuO修饰电极进行光电化学还原CO2取得了比较好的效果，通过色质联用技术对光电还原产物进行半定量分析，CO2在TiO2-CuO/Cu复合电极表面的光电产物主要为甲酸和甲醛，此外还有部分甲烷和乙烯产生。
CO2的转化率可达32%。
反应机理可推断为：修饰电极是提高CO2的选择性和电流效率的有效途径，并可以控制还原产物的分布。
用于对电极进行修饰的材料多为金属、金属氧化物、聚合物薄膜等。
Hori等[10]利用Ag具有催化还原CO2的性能，将其负载到离子交换膜上，制成薄膜修饰电极，CO2还原的局部电流密度达到了600A·m-2。
Mare等[11]通过电化学方法得到了钌有机聚合物电极，能够在pH值为12、电极电位约－1.2V的情况下有效地还原CO2，甲酸产率为90%，仅有9%的CO产生。
Nicolae 等[12]用氧化钌对含硼的金刚石电极进行了修饰，CO2还原的产物以甲酸和甲醇为主。
通过修饰改性后的电极在电流效率、电流密度上有了很大的提高，而且还原的电极电位也有所改善。
在薄膜修饰电极上屈建平等人制备的RuO2/SWNTs薄膜修饰电极对CO2的电催化还原具有较正的过电位和很好的电催化性及稳定性，主要还原产物是甲醇。
1.2电解质溶液及助催化剂的影响在无机盐水溶性电解质溶液中的阳、阴离子不同对CO2合成甲酸电流效率的影响是不同的。
在含有不同阳、阴离子的电解液中,甲酸电流效率高低顺序为：K+>Na+>Li+>NH4+和PO43-<SO42-<CO32-< HCO3-;所以，当KHCO3的浓度为0.45mol·L-1时,甲酸的电流效率最高[8]。
在电解质中加入助催化剂有机碱也能提高CO2的转化率，咪唑与吡啶对CO2电催化还原有影响，CO2主要还原产物为CO。
CO2电化学还原的第二条途径是围绕非水溶剂（如CH3CN等）的使用。
与水中的CO2电化学还原相比,在有机溶剂中CO2还原有如下优点:（1）CO2的溶解度比在水中的大；（2）可抑制CO2还原的竞争性反应（H2生成）；（3）作为一种特效的与更好的CO2吸收剂用于工业应用,使CO2重吸收过程节能;CO2（ad）CO2e--2H2O-H2O4H++3e-HCHOHCOOH2H++e-6H++5e-CH+2CH+22H++2e-C2H4CH4·－（4）实现在0℃以下还原的可能性。
CO2在甲醇中的溶解度在室温下大约是水的5倍,在低于0℃时,约是水的8～15倍。
Fishcher等在将阴极与不溶性阳极结合在一起的半工业电解中,在非水溶剂中电还原CO2,生成了乙二酸。
鉴于以上优点目前有许多研究者把目光集中在非水溶剂介质中电还原CO2的研究上。
非水溶性介质目前研究方向主要有甲醇，离子液体，乙腈-离子液体混合物，碘甲烷-离子液体混合物，甲醇钾-离子液体混合物等几个方面。