二氧化碳的电化学还原
碱性电化学还原二氧化碳方程式
碱性电化学还原二氧化碳方程式
碱性电化学还原二氧化碳方程式是指用电流将二氧化碳还原成碳氢化合物的反应，其反应方程式为：
CO2 + 2H2O + 2e- → CH3OH + 2OH-
其中，CO2表示二氧化碳，H2O表示水，e-表示电子，
CH3OH表示甲醇，OH-表示氢离子。
碱性电化学还原二氧化碳的反应过程可以分为三个步骤：
第一步：电子转移反应
CO2 + 2H2O + 2e- → CO2- + 2H2O
其中，CO2-表示二氧化碳的碳酸根离子，H2O表示水。
第二步：碱性水解反应
CO2- + 2H2O → HCO3- + OH-
其中，HCO3-表示碳酸根离子，OH-表示氢离子。
第三步：碱性电子还原反应
HCO3- + 2e- → CH3OH + 2OH-
其中，CH3OH表示甲醇，OH-表示氢离子。
以上就是碱性电化学还原二氧化碳的反应方程式及其反应过程。
碱性电化学还原二氧化碳反应是一种可以将二氧化碳转化为有用的碳氢化合物的反应，可以用来生产甲醇等有机物，具有重要的应用价值。
【2019-2020年整理】二氧化碳的电化学还原
2. Se/CdSe-Pt纳米薄膜修饰电极 对CO2的光电催化性
本部分利用电化学方法在铂电极上沉 积了Se/CdSe纳米薄膜，并研究了该纳 米薄膜修饰电极对CO2的光电催化还原， 为进一步优化二氧化碳的光电化学还 原提供依据。
Se/CdSe-Pt修饰电极的物理表征
Se/CdSe修饰电极的SEM照片
CO2电化学和光电化学还原的发展趋势
今后 CO2电化学和光电化学还原的研究将更多地集中在以下几个方面： （1）将更多地采用有机溶剂溶解CO2并且利用低温技术 （2）电极采用不同的金属，金属氧化物及合金并控制反应温度以选 择生成物 （3）利用气体扩散电极增加CO2的压强促进反应 （4）利用有机络合物多层膜修饰电极，使产物为更复杂的有机物 （5）对于光电化学还原，反应装置的设计能够大规模地聚集太阳光， 使之能充分利用光能。 （6）研究高效的分离技术，使得产物最好能及时从反应体系中分离 出来。
UV-Vis 漫反射分析
CuO/TiO2粉末紫外-可见吸收光谱
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分 析
I / mA
5
0
a b
-5
-10
-15
-1 .4
-1 .2
-1 .0
-0 .8
-0 .6
-0 .4
-0 .2
0 .0
E / V vs.S C E
CuO/TiO2修饰Cu电极在饱和了CO2的0.1 M KHCO3电解液的循环伏图 a： 暗态 b：光照
小结
1.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原表现较高的活性，还原的起始电位在-0.63 V。 2.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原为羧酸类和醇类小分子有较好的选择性。 3. 制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电 催化还原有较好的稳定性。
电化学二氧化碳还原
电化学二氧化碳还原
电化学二氧化碳还原是一个新兴的技术，可将二氧化碳（CO2）
还原成可再利用的含有碳元素的产物。
它是一种技术，可将气态
二氧化碳分解、固定和利用，可用于生物、化学和工业制造上用途。
二氧化碳还原对环境保护和改善具有重要意义，可以将大量自然
界积累的碳分解、固定，减少CO2在大气中的含量，并使CO2
脱离大气环境，减少温室效应、改善空气质量和减少酸雨。
它可
以转化为碳循环的有机材料，以便存储，长期地把碳固定在有机
物中，减少CO2对环境的不良影响。
二氧化碳还原过程中，铂催化剂和电极可以激发还原反应，使二
氧化碳分子能够与另外的原料发生反应，从而产生含碳的有机物，被称为碳氟化物。
碳盐和碳源是反应的催化剂，可让CO2的原子以新的凝聚形式与其它原料结合，从而制备碳氟化物。
电化学二氧化碳还原技术一方面可以抑制和减少CO2排放，另一方面可以产生多种有用的有机产物，例如，氢气、甲醇和各种烃类，作为可再生化学原料。
因此，电化学二氧化碳还原既属于清洁能源开发技术，又可以降低温室气体排放，促进能源高效利用，实现可持续发展，值得深入研究和发展。
二氧化碳电化学还原[优质PPT]
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Saveant 等人分别在一价离子（Li+，Na+）和二价离子（Mg2+，Ga2+，Ba2+）的电解 质中用铁(0)卟啉作为催化剂进行了 CO2 电还原。 通过实验他发现不同电解质中催化活性的顺序为 Mg2+=Ga2+>Ba2+>Li+>Na+。
3 镍（Ni）、铁（Fe）、铂（Pt）等
这类金属催化剂由于自身析氢过电位较低，所以主要产物为 H2；
4 铜（Cu）
研究表明铜箔在不同的条件下可以产生 16 种不同的 CO2 电还原产物，并且因为其 独特的电催化性能在反应过程中可以吸附和转化中间产物*CO，所以产物主要以 甲烷（CH4）和乙烯（C2H4）为主。
02 金属氧化物表现出更好的催化活性 MoO2 在乙腈和二甲基甲酰胺等有机溶剂中能够表现出 较强的 CO2 还原催化活性，Oh 等人发现 MoO2 在乙腈 与四丁基六氟磷氨酸（TBAPF6）中 CO2电还原的初始 点位小于 0.2 V，并且反应在-20℃下比在室温下表现出 更强的催化活性。
Chen Y., Kanan M. W. Tin oxide dependence of the CO2 reduction efficiency on tin electrodes and enhanced activity for tin/tin oxide thin-film catalysts [J]. Journal of the American Chemical Society, 2012, 134(4): 1986-1989.
02 2 氧化金属催化剂
01 金属氧化物比金属单质拥有更高的电流密度和 基底上电沉积了一层 SnOx 薄膜， 通过测试发现相较于纯的锡箔拥有更独特的催化性能，与在表 面自然生长一层 SnOx 的 Sn 电极相比前者的电流密度是后者的 8 倍，并且法拉第效率也达到了 4 倍的提升。
二氧化碳电化学还原
01
产物为一氧化碳
CO2首先在催化剂表面发生还原吸附， 进而引发形成-COOH中间体．最后通过 另一电子质子对的进一步还原使-COOH 中间体从电极上解吸，生成最终产物CO 和H2;
产物为甲醇
从反应历程上看，关键中间体CH3O+的 质子化导致甲醇分子的最终形成;
产物为甲酸及甲酸盐
通过配体约束生长制备了4个原子厚度的超 薄Co纳米片与块状样品相比，CO2电还原过 程中纳米薄片表面的Co原子产生了更高的本 征活性和选择性在较低的过电位(0.24 V)下 产生甲酸根,生成甲酸盐的法拉第效率接 近 90％;
除了阳离子一些研究显示电解质中的阴离子也会影响CO2电还原反应
在Na2SO4的电解质中Sn作为催化剂进行了CO2电还原，FE达到了95%。然而在相同化学 条件下在KHCO3的电解质中FE只有63%。
03
CO2RR电解质-离子溶液
01 提高电极表面对于CO2的吸附能力
02 降低反应势垒断开C=O键
03 提高电流密度
04 SOEC
氢电极反应：2CO2+4e→2CO+2O2- （1） 2H2O+4e→2H2+2O2- （2）
氧电极反应：4O2-→2O2+8e （3） 总的电池反应式：H2O+CO2→H2+CO+O2 （4）
SOEC的优势：
固体氧化物电解池（SOEC）技术可以通过电解水制 H2，共电解水和 CO2制合成气。SOEC 高的操作温度能够降低电解过程的电能需求，从 而降低制氢和合成气成本，也提高了电极的动力学性能和降低了 SOEC 电解质电阻，从而使电池性能损失更小。如果电站或其他工业过程的 废热能够用来维持电解池运行，SOEC相比于低温电解池在制氢和合成 气方面就会表现出更高的效率。热力学上，高温电解能够减少电解过
二氧化碳电化学还原概述
二氧化碳电化学还原概述二氧化碳（CO2）电化学还原是一种将CO2转化为高附加值化学品的技术，它可以减少CO2的排放并促进可持续发展。
电化学还原是通过在电极上施加电压来引发氧化还原反应，将CO2从气体相转化为液体或固体产品。
CO2电化学还原的研究起源于20世纪50年代，当时科学家们开始探索将CO2作为一种廉价的原料转化为化学品的可能性。
然而，由于CO2分子的化学稳定性和高能量要求，这项技术的发展进展缓慢。
近年来，随着环境问题和可再生能源的重视，CO2电化学还原引起了越来越多的关注。
CO2电化学还原的关键是选择合适的电催化剂，以降低CO2的能垒并提高反应效率。
常用的电材料包括贵金属（如银、金、铜等）、过渡金属（如镍、铁等）以及有机分子（如多孔材料、碳纳米管等）。
贵金属是高效的CO2电催化剂，但存在成本高和资源稀缺的问题，因此研究人员一直在寻找更低成本的替代品。
CO2电化学还原的挑战之一是选择合适的溶液体系和电解质，以提供足够的反应活性和选择性。
一种常用的溶液体系是含有碱金属离子（如Na+、K+等）的溶液，它可以提供高电子导电性和电化学反应的碱度。
然而，这种体系中也存在碱金属的沉积问题，需要通过合适的电极材料和工艺进行有效地控制。
除了选择合适的电催化剂和溶液体系，CO2电化学还原还需要考虑反应动力学和传递过程等因素。
研究人员通过改变电极形貌、调节电解质浓度等方法来提高CO2电化学还原的效率和选择性。
此外，使用催化剂表面修饰、核-壳结构和多孔材料等技术，也有助于提高CO2电化学还原的效果。
目前，CO2电化学还原技术仍处于研究和开发阶段，尚未实现大规模商业化应用。
然而，随着科学家们对CO2电化学还原机理和反应动力学的深入理解，相信其可持续发展的前景是乐观的。
潜在的应用领域包括能源存储、化学品合成和环境保护等。
通过进一步研究和工程实践，CO2电化学还原有望成为一种可持续发展的解决方案，为减少碳排放和实现低碳经济做出贡献。
二氧化碳的电化学还原资料
1. CO2在CuO/TiO2-Cu修饰电极上 的光电化学还原
本部分工作首先制备了CuO/TiO2复合物修
饰Cu电极，并对CO2在这种修饰电极上的
光电化学还原行为和催化活性进行了研究。
UV-Vis 漫反射分析
CuO/TiO2粉末紫外-可见吸收光谱
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分 析
光电还原产物的定性分析
2()
o
40
50
60
70
CuO/TiO2复合物修饰Cu电极的XRD a: 反应前 b:反应7 h后
光电还原产物的定性分析
乙 酸
甲 酸
甲 醇
0
50
100 t / min
150
200
还原产物色质分析的馏分图
小 结
1.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原表现较高的活性，还原的起始电位在-0.63 V。 2.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原为羧酸类和醇类小分子有较好的选择性。 3. 制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电
原的过电位，提高了电流效率 。
4.半导体及修饰半导体电极对CO2的光电化学还原，提高了 对CO2还原的电流密度，增加了对CO2还原的反应速率。
CO2电化学和光电化学还原的发展趋势
今后 CO2电化学和光电化学还原的研究将更多地集中在以下几个方面：
（1）将更多地采用有机溶剂溶解CO2并且利用低温技术
（2）电极采用不同的金属，金属氧化物及合金并控制反应温度以选 择生成物
催化还原有较好的稳定性。
2. Se/CdΒιβλιοθήκη e-Pt纳米薄膜修饰电极对CO2的光电催化性
电化学二氧化碳还原
电化学二氧化碳还原二氧化碳是一种古老的气体分子，对地球来说有重要意义。
由于其具有极强的碳氧双键，极易形成固体废弃物和污染物，导致空气污染，危害人类健康。
因此，对二氧化碳的还原处理非常重要。
今天，将介绍电化学二氧化碳还原技术。
电化学二氧化碳还原技术是一种利用电流的绝缘电解的电化学还原方法，用于将二氧化碳转化为低碳排放产品，这种技术具有高效、灵活、可回收点源二氧化碳的优势，对控制气候变暖有重要作用。
电化学二氧化碳还原的原理是，通过电解反应，通过加热电解质、氧化剂和二氧化碳溶解在溶液中，将二氧化碳彻底氧化，再将其两个氧原子分解成一组电子，再由电解液中的碳源反应生成碳氢化合物，二氧化碳还原完成。
电化学二氧化碳还原技术的应用已深入到清洁能源领域，给人类和自然带来了广泛的积极影响。
它能有效地控制能源消耗，减少燃烧过程中排放的二氧化碳；它能有效抑制室内空气污染物和污染物，降低能源消耗；它能有效保护环境，减少因传统燃烧和碳排放而带来的温室效应，有助于减少污染。
除了有益的社会和环境效益，电化学二氧化碳还原技术还有一定的技术挑战。
其中，获取较高的还原率是一个难点。
由于二氧化碳的强碳-氧双键，难以被电解质完全氧化，从而降低还原率。
因此，在研发中，要考虑改变电解液的组成，使电解质更易被氧化，提高还原率。
另外，电化学二氧化碳还原还存在设备和成本问题。
由于该技术需要设备比较复杂，容易出现漏电，使设备耗电量增加，存在安全隐患。
同时，由于设备复杂，成本较高。
因此，在应用中，要考虑简化设备，以降低成本，同时减少漏电可能带来的安全隐患。
以上就是电化学二氧化碳还原技术的发展现状和挑战。
它为解决二氧化碳排放问题带来了积极的影响，并减少了能源消耗和污染排放。
但目前技术仍有待完善，仍需继续努力，才能将该技术发挥到更大的作用。
电化学还原二氧化碳
电化学还原二氧化碳在环境净化领域，电化学还原二氧化碳(Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide,ERCD)作为一种绿色能源技术，已引起了学术界和企业界的广泛关注。
ERCD技术利用太阳能、水和二氧化碳产生循环氢经济特定的化学反应，覆盖多个环节，从二氧化碳捕获直至石化而成的有机分子路径。
ERCD技术又称电化学还原二氧化碳协同处理技术，其本质是利用对反应池内的二氧化碳进行还原来发电。
其基本原理是：利用太阳能，将二氧化碳转换成由活性炭、硅酸铁等组成的绿色可再生能源。
在池内体系中，在太阳能照射作用下，活性碳将二氧化碳还原，分解为CO2和H2，活性碳的活性将有氧二氧化碳还原为无氧的碳和氢气，产生的氢气可进一步用于发电。
当前实现ERCD所需的技术目前仍然受到一定的限制，但随着近年来材料技术和电化学技术的飞速发展，ERCD的发展潜力巨大。
ERCD技术主要具有以下几个优点：首先，ERCD技术实现了以太阳能、二氧化碳和水为原料的非碳排放路径。
在实际应用中，ERCD电池可以使用廉价的太阳热发电技术，不仅可以降低碳排放，还可以展现出电池系统的高效性。
其次，ERCD技术不仅可以使用太阳能，也可以使用其它弱碳源，如燃气发电等。
由于燃气能源的灵活性，也可以提高ERCD技术的效率。
第三，ERCD技术的能源混合性非常强，可以同时驱动来自多种能源的转换路径。
如，可以同时利用太阳能和碳气化处理阶段的热量，用于ERCD系统的动力输出，从而提高系统的效率。
最后，ERCD技术将二氧化碳从空气中捕获，利用太阳能将其转化成由碳原料制成，消耗碳密集型电能，节省再生能源，推动转变经济，有效使用碳排放量。
因此，ERCD技术具有强大的发展前景，将发挥重要的作用。
但也有一些技术发展的潜在瓶颈和未来改进方向，如提升输出电压、降低电催化转换耗能等，这些问题都势必成为ERCD技术发展的热点。
未来，ERCD技术界将持续开发，朝着更加可持续、有效和可靠的方向发展，为有效降低碳排放，净化环境提供借鉴。
二氧化碳电还原 中试
二氧化碳电还原中试二氧化碳电还原是一种利用电能将二氧化碳转化为有用化学品的技术。
它被广泛研究和应用，旨在解决二氧化碳排放和资源利用的问题。
本文将介绍二氧化碳电还原的原理、应用和前景。
让我们了解二氧化碳电还原的原理。
二氧化碳电还原是通过电化学反应将二氧化碳还原为其他化学物质。
这种反应通常在电解池中进行，其中二氧化碳被还原为有机化合物或其他有用的碳基产物。
这个过程需要外部电源提供能量，以促使反应发生。
二氧化碳电还原的应用非常广泛。
首先，它可以用于二氧化碳的捕集和减排。
通过将二氧化碳转化为其他化学品，可以有效地减少大气中的二氧化碳浓度，从而减缓全球变暖的速度。
其次，二氧化碳电还原还可以用于生产有机化学品，如甲酸、甲醇和乙烯等。
这些有机化合物在化工和能源行业中有广泛的应用，可以替代传统的石油化学品，减少对有限化石能源的依赖。
此外，二氧化碳电还原还可以用于制备高附加值的化学品，如药物和精细化学品。
尽管二氧化碳电还原具有巨大的潜力，但目前仍面临一些挑战。
首先，二氧化碳的电还原反应需要高效的催化剂来降低能量消耗和提高反应速率。
目前，研究人员正在积极寻找更有效的催化剂，并改进电解池的设计，以提高反应效率。
其次，二氧化碳电还原的商业化应用还面临经济可行性的挑战。
目前，二氧化碳电还原技术的成本较高，需要进一步的研发和工程优化，以降低生产成本并提高产量。
然而，尽管存在挑战，二氧化碳电还原仍然具有广阔的前景。
随着对可持续发展和环境保护的需求不断增加，二氧化碳电还原技术将成为减缓气候变化和实现碳中和的重要手段之一。
未来，我们可以预见二氧化碳电还原技术将得到进一步的改进和推广，成为实现可持续发展的关键技术之一。
二氧化碳电还原是一种有潜力的技术，可以将二氧化碳转化为有用的化学品。
它具有广泛的应用前景，可以用于减排、资源利用和生产高附加值化学品。
尽管面临一些挑战，但随着技术的不断发展和完善，二氧化碳电还原将在未来发挥重要作用，为可持续发展做出贡献。
电催化还原二氧化碳
金属/金属氧化物——Au/CeOx
Au/CeOx界面上生成CO的法拉第效率远高于Au和Ce， 因为Au/CeOx界面促进了CO2在CeOx上的吸附和活化
J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 5652−5655
导电聚合物、生物酶等
用吡啶盐将二氧化碳 电催化还为甲醇
金属材料——银
纳米孔银电极催化材料， 可以在过电位低于0.5V 的条件下，高选择性的把 CO2还原成CO
Nature Communications，2014，5:3242 － 3247．
金属材料——Cu/Au
Cu/Au合金纳米材料对CO2选 择性催化还原产生醇的法拉 第效率远高于铜电极
Journal of Power Sources 252 (2014) 85-89 J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19969−19972
CO2
酯
醇
金属材料——钯
Pd(111)、Pd(211)、Pd55和 Pd38还原CO2为CO的自由能 3.7/6.2/10.3 nm尺寸Pd的TEM 图像和HRTEM图像 不同尺寸Pd还原CO2为CO的 法拉第效率和电流密度
J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4288−4291
金属材料—铜
与电抛光法和溅射法得到的 Cu 电极表面相比， Cu 纳米颗粒覆盖的表面更容易电还原 CO2生成 碳氢化合物和CO
Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14, 76–81
在Cu电极表面制备泡沫 铜，可以使还原CO2产 生 HCOOH的法拉弟电 流效率达到29% ACS Catal. 2014, 4, 3091−3095
J. Am. Chem.Soc. 2012, 134, 1986−1989
二氧化碳电化学还原的研究
二氧化碳电化学还原的研究二氧化碳是一个让人们非常头疼的问题，因为它被认为是增加温室气体的主要来源之一。
但是，现在有一种方法可以转换这个问题为解决方案，即通过将二氧化碳电化学还原为有价值的化学品来减小它对气候的负面影响。
在本文中，我们将讨论这种方法，并介绍一些近年来关于二氧化碳电化学还原的研究。
二氧化碳电化学还原的基本原理二氧化碳电化学还原指的是使用电化学方法将CO2还原为有用的化学品，如甲烷、乙烯、乙醇等。
它基本的原理是利用电化学催化剂（电极）使CO2分子发生电化学还原，即添加电子并形成有用的化合物。
在这个过程中，我们需要一些基本物理和化学原理。
首先，二氧化碳分子是一个比较稳定的分子，它具有高度的耐性，因为CO2化学键（C=O）在分子中很强，同时CO2还具有可比性低的化学反应活性。
因此，为了将CO2还原为有用的化学品，我们必须通过添加能量或催化剂来降低它的能量级。
化学反应中添加能量或催化剂，是通过吸收能量或引入催化剂来加速化学反应，而对于二氧化碳，我们需要使用电化学催化剂来激活其分子。
电化学催化剂电化学催化剂是实现电化学合成所必需的一种催化剂，它能够促进物质的电化学反应，而本质上并不参与反应本身。
电化学催化剂可分为金属催化剂和非金属催化剂两种，其中前者包括铜、铁、镍和钴等，后者包括金属氧化物、金属硫化物、非金属单质等。
针对二氧化碳电化学还原，传统的金属催化剂通常是铜、银和金等贵金属，但它们价格昂贵且不利于广泛使用。
因此，近来科学家们研究非金属催化剂的发展和应用。
其中一种较为广泛应用的是含氮材料催化剂，它能够通过与氧或氮之间的电子相互作用，促使CO2分子发生还原反应。
这类催化剂具有化学惰性、电子亲和性和超分子结构等一系列特点。
例如豆状二氮化钽（TaON），这种材料具有很好的电化学性能，不仅可以实现高效的二氧化碳电化学还原，同时也是一种绿色、可再生的材料。
二氧化碳电化学还原的应用领域在工业实践中，二氧化碳电化学还原可以转化为多种化学品，如甲烷、乙烯、乙醇等，它们逐渐成为替代石油化学品的发展方向。
二氧化碳的电化学还原精品PPT课件
二氧化碳电化学还原的实验装置
二氧化碳电化学还原的可能反应途径
在经常的析出氢气的电位（相对于饱和甘汞电极）范围内，
CO2电化学还原的可能反应途径如下：
CO2 (g) + 8H+ + 8e → CH4 (g) + 2H2O
E0 = -0.24 V
CO2 (g) + 6H+ + 6e → CH3OH (aq) + H2O E0 = -0.38 V
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原 的光电催化的稳定性分析
a b
0 10 20 30 40 50 60 70
2 (o)
CuO/TiO2复合物修饰Cu电极的XRD a: 反应前 b:反应7 h后
光电还原产物的定性分析
乙酸
甲酸
甲醇
0
50
100 150 200
t / m in
还原产物色质分析的馏分图
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分析
a b
2342
1559
1378
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
W a v e n u m b e r /c m -1
CuO/TiO2 复合物修饰 Cu电极的FT-IR光谱 a: 反应前 b:反应7h后
E0 = -0.90 V
CO2电化学还原研究进展
目前从电极材料对CO2还原来看， CO2电化学还原分为以下 几个方面： 1.金属电极对CO2的电化学还原，金属的中毒性及对CO2还 原高的氢超电势，使得对CO2还原的法拉第效率比较低及还 原产物的选择性差 。 2.金属气体扩散电极对CO2的电化学还原, 提高了对CO2还原 的电流密度，但还原产物主要是C1-C2化合物。 3.修饰金属电极对CO2的电化学催化还原，降低了对CO2还 原的过电位，提高了电流效率 。 4.半导体及修饰半导体电极对CO2的光电化学还原，提高了 对CO2还原的电流密度，增加了对CO2还原的反应速率。
二氧化碳的电化学还原和催化还原技术
二氧化碳的电化学还原和催化还原技术二氧化碳是一种重要的气体，它在大气中起到了至关重要的作用，但是如果过多地排放二氧化碳，将会造成严重的环境问题，例如全球气候变化、海平面上升、酸性沉降等。
因此，二氧化碳的资源化利用已经成为了一个重要的研究方向。
二氧化碳的电化学还原和催化还原技术是其中的两个主要途径。
一、二氧化碳的电化学还原技术电化学还原技术是利用电化学反应将二氧化碳还原成一些有价值的化合物，例如一氧化碳、乙烯和甲酸等。
电化学还原的过程分为两个部分，一是将电子从电极传输到溶液中的二氧化碳上，二是将电子和还原物质结合形成还原产物。
目前，二氧化碳的电化学还原技术已经有了一些较为成熟的工业化应用。
例如，二氧化碳还原制备甲酸的技术已经被用于了商业化生产。
而且，研究人员还在不断地发掘新的二氧化碳还原反应和催化剂，以提高二氧化碳的转化率和选择性。
二、二氧化碳的催化还原技术与电化学还原技术不同，催化还原技术是利用一些催化剂促进二氧化碳的还原反应，其中催化剂可以是金属催化剂、非金属催化剂以及纳米催化剂等。
常见的催化还原反应有以下几种类型。
1、氢气还原：二氧化碳与氢气通过催化剂的作用形成一氧化碳和水或甲烷。
2、环氧化还原：二氧化碳在醇和醚等有机溶剂中还原成环氧化合物。
3、烷基还原：在弱氧化条件下，二氧化碳通过催化剂还原生成一些烷基化合物（例如醇和丙烷等）。
尽管催化还原技术比电化学还原技术更加便捷和高效，但是由于催化剂本身的稳定性和催化剂的设计等一些因素，这个技术的研究进展还比较缓慢。
三、二氧化碳的资源化利用前景随着气候变化和环境污染等问题的日益突出，二氧化碳的资源化利用前景越来越受到人们的重视。
目前，除了二氧化碳的电化学还原技术和催化还原技术以外，还有一些其他的利用方式，如二氧化碳的化学循环、生物转化和利用太阳能等。
二氧化碳的资源化利用不仅有助于环保，还可以为很多领域提供新的经济发展的契机。
在未来，我们又可以看到二氧化碳的利用和环保这一领域极具挑战和前景的无限可能。
二氧化碳电化学还原
04 提高产物选择性
离子溶液电解质 1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸（EMIM-BF4），1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸（BMIMBF6），1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲烷磺酸（BMIM-OTMF）等
举例：在1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸（EMIM-BF4）电解质中以Ag作为阴极进 行了CO2电还原，超电势约为0.17 V。这说明离子溶液可以大大降低CO2电还 原的能量势垒。并且这个反应持续了7 h，产物CO的FE达到96%。
02 3 硫化金属催化剂
MoS2 由于储量丰富，价格低廉，易于制备及独特的电化学性能 Asadi 等人通过实验证明了 MoS2晶格边缘的活性位点可以调 高电流密度降低反应超电势。
02 4 碳掺杂催化剂
01 氮掺杂碳基催化剂 相同测试条件下反应的电流密度要高于银电化学催化剂， 并且在-0.573 V.vs.SHE 对于 CO 的 FE 达到了 95%。
04 SOEC
氢电极反应：2CO2+4e→2CO+2O2- （1） 2H2O+4e→2H2+2O2- （2）
氧电极反应：4O2-→2O2+8e （3） 总的电池反应式：H2O+CO2→H2+CO+O2 （4）
SOEC的优势：
固体氧化物电解池（SOEC）技术可以通过电解水制 H2，共电解水和 CO2制合成气。SOEC 高的操作温度能够降低电解过程的电能需求，从 而降低制氢和合成气成本，也提高了电极的动力学性能和降低了 SOEC 电解质电阻，从而使电池性能损失更小。如果电站或其他工业过程的 废热能够用来维持电解池运行，SOEC相比于低温电解池在制氢和合成 气方面就会表现出更高的效率。热力学上，高温电解能够减少电解过
01
二氧化碳电还原rr
二氧化碳电还原rr二氧化碳电还原（CO2RR）是一种将二氧化碳转化为有用化学品的电化学过程。
通过将二氧化碳还原为其他有机物，可以实现二氧化碳的减排和资源的有效利用，对于解决能源和环境问题具有重要意义。
二氧化碳是一种温室气体，其排放是导致全球气候变化的主要原因之一。
因此，通过CO2RR将二氧化碳转化为其他有用的化学品，不仅可以减少温室气体的排放，还可以将二氧化碳转化为可再生能源和化学品，实现资源的循环利用。
CO2RR是一种电化学过程，需要借助电解池和电流来实现。
一般来说，电解池由阳极和阴极两部分组成，二氧化碳被通入电解池，通过电流的作用，在阴极上发生还原反应，将二氧化碳转化为有机物。
在CO2RR过程中，阴极上的还原反应是关键。
常见的还原产物包括甲醇、乙醇、乙烯等。
这些有机物既可以用作燃料，也可以用于化工行业生产其他化学品。
因此，CO2RR技术具有很高的应用潜力。
然而，CO2RR技术面临着一些挑战。
首先，二氧化碳的还原反应需要较高的电压和电流密度，这增加了能源消耗和成本。
其次，CO2RR反应的选择性和效率不高，产物中常常会伴随着一些副产物的生成，限制了CO2RR技术的应用。
为了克服这些挑战，科学家们进行了大量的研究。
他们通过改变电解液的成分、调整电解池的结构和优化催化剂等方法，提高了CO2RR的选择性和效率。
例如，使用金属催化剂可以提高CO2RR 的效率，而控制电解液中的pH值可以调节CO2RR的产物选择性。
CO2RR技术还可以与其他技术相结合，形成多元系统。
例如，将CO2RR与可再生能源结合，可以实现二氧化碳的直接电还原，将其转化为有机物或燃料。
二氧化碳电还原是一种将二氧化碳转化为有用化学品的电化学过程。
通过CO2RR技术，可以实现二氧化碳的减排和资源的有效利用，对于解决能源和环境问题具有重要意义。
尽管CO2RR技术面临着一些挑战，但通过科学家们的不断努力和研究，相信CO2RR技术在未来会有更广阔的应用前景。
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小结
1.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原表现较高的活性，还原的起始电位在-0.63 V。 2.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原为羧酸类和醇类小分子有较好的选择性。 3. 制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电 催化还原有较好的稳定性。
CO2 (g) + 4H+ + 4e → HCHO (aq) + H2O E0 = -0.48 V
CO2 (g) + 2H+ + 2e → CO (g) + H2O
E0 = -0.52 V
CO2 (g) + 2H+ + 2e → HCOOH (aq)
E0 = -0.61 V
2CO2 (g) + 2H+ + 2e → H2C2O4 (aq)
本文的设想和目的
利用纳米薄膜和具有特殊物理性质 的纳米复合物及催化剂修饰电极， 使得修饰电极对CO2电化学和光电化 学还原有较好的催化性。
1. CO2在CuO/TiO2-Cu修饰电极上
2.
的光电化学还原
本部分工作首先制备了CuO/TiO2复合物修 饰Cu电极，并对CO2在这种修饰电极上的 光电化学还原行为和催化活性进行了研究。
CO2电化学和光电化学还原的发展趋势
今后 CO2电化学和光电化学还原的研究将更多地集中在以下几个方面： （1）将更多地采用有机溶剂溶解CO2并且利用低温技术 （2）电极采用不同的金属，金属氧化物及合金并控制反应温度以选 择生成物 （3）利用气体扩散电极增加CO2的压强促进反应 （4）利用有机络合物多层膜修饰电极，使产物为更复杂的有机物 （5）对于光电化学还原，反应装置的设计能够大规模地聚集太阳光， 使之能充分利用光能。 （6）研究高效的分离技术，使得产物最好能及时从反应体系中分离 出来。
Se/CdSe-Pt修饰电极对CO2还原的光电催化分 析
I / mA
0 .0
-0 .4
a
-0 .8
b
-1 .2
-1 .6
-2 .0
-2 .4
-2 .8
-3 .2
-1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0
E / V vs.S C E
Se/CdSe-Pt修饰电极在分别饱和了CO2和N2的0.1 M KHCO3电解液的循环伏安图 a：N2，b：CO2
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原 的光电催化的稳定性分析
a b
0 10 20 30 40 50 60 70
2 (o)
CuO/TiO2复合物修饰Cu电极的XRD a: 反应前 b:反应7 h后
光电还原产物的定性分析
乙酸
甲酸
甲醇
0
50
100 150 200
t / m in
还原产物色质分析的馏分图
E0 = -0.90 V
CO2电化学还原研究进展
目前从电极材料对CO2还原来看， CO2电化学还原分为以下 几个方面： 1.金属电极对CO2的电化学还原，金属的中毒性及对CO2还 原高的氢超电势，使得对CO2还原的法拉第效率比较低及还 原产物的选择性差 。 2.金属气体扩散电极对CO2的电化学还原, 提高了对CO2还原 的电流密度，但还原产物主要是C1-C2化合物。 3.修饰金属电极对CO2的电化学催化还原，降低了对CO2还 原的过电位，提高了电流效率 。 4.半导体及修饰半导体电极对CO2的光电化学还原，提高了 对CO2还原的电流密度，增加了对CO2还原的反应速率。
光电还原产物的定性分析
乙醇
40 60 80 100 120 140 160 180 200
t / m in
还原产物色质分析的馏分图
小结
1. Se/CdSe-Pt纳米修饰半导体电极在相当正的电位对 CO2转化为乙醇有较高的催化性和较好的选择性。 2. 这表明电极表面是纳米尺寸的半导体电极对CO2光 电还原的选择性的提高是非常重要的。 3. 这种特征的半导体电极对CO2光电还原是一种新的， 有效的研究和发展方向。
2. Se/CdSe-Pt纳米薄膜修饰电极 对CO2的光电催化性
本部分利用电化学方法在铂电极上沉 积了Se/CdSe纳米薄膜，并研究了该纳 米薄膜修饰电极对CO2的光电催化还原， 为进一步优化二氧化碳的光电化学还 原提供依据。
Se/CdSe-Pt修饰电极的物理表征
Se/CdSe修饰电极的SEM照片
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分析
a b
2342
1559
1378
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
W a v e n u m b e r /c m -1
CuO/TiO2 复合物修饰 Cu电极的FT-IR光谱 a: 反应前 b:反应7h后
二氧化碳的电化学还原
二氧化碳电化学还原的可能反应途径
在经常的析出氢气的电位（相对于饱和甘汞电极）范围内，
CO2电化学还原的可能反应途径如下：
CO2 (g) + 8H+ + 8e → CH4 (g) + 2H2O
E0 = -0.24 V
CO2 (g) + 6H+ + 6e → CH3OH (aq) + H2O E0 = -0.38 V
Se/CdSe-Pt修饰电极的物理表征
(1 01 ) *
* Se CdSe
(002) (100)
*
(102)
(112)
(
1
10
)(
10
3
)
*
(202) *
10
20
30
40
50
60
70
80
2 (o )
Se/CdSe薄膜的XRD
Se/CdSe-Pt修饰电极的光电响应分析
I / mA
0 .0 2
UV-Vis 漫反射分析
CuO/TiO2粉末紫外-可见吸收光谱
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分 析
I / mA
5
0
a b
-5
-10
-15
-1 .4
-1 .2
-1 .0
-0 .8
-0 .6
-0 .4
-0 .2
0 .0
E / V vs.S C E
CuO/TiO2修饰Cu电极在饱和了CO2的0.1 M KHCO3电解液的循环伏图 a： 暗态 b：光照
0 .0 0
-0 .0 2
a
-0 .0 4
b
-0 .0 6
-0 .0 8
-0 -0 .1 6 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0
E / V vs.SC E
Se/CdSe-Pt修饰电极在饱和了CO2的0.1 M KHCO3电解液 光电流-电压图 a： 暗态 b：光照