二氧化碳电化学还原[优质PPT]
电催化还原二氧化碳知识讲解
Co、Sn、In、Bi等
甲酸
Au、Ag、Zn、Pd等 Cu、Cu-Au、Cu-Sn等
CO CO、醇、酸、烷烃等
Al、Ga、Pt、Fe等
催化效率很低
醇
金属材料——钯
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
Pd(111)、Pd(211)、Pd55和 Pd38还原CO2为CO的自由能
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 电催化还原为甲醇
用碳酸酐酶将二氧化 碳电催化还原为甲醇
J. AM. CHEM. SOC. 2010, 132, 11539–11551
金属/金属氧化物——Co/CoO
在四原子厚超薄钴/氧化钴纳米材料中， 氧化钴的存在提高了材料电催化还原 CO2为甲酸的活性和选择性
红线：四原子厚的部分氧化的钴层 蓝线：四原子厚的钴层 紫线：部分氧化的块状钴 黑线：块状钴
Nature.VOL 529. 7 January 2016
金属/金属氧化物——Au/CeOx
Journal of Power Sources 252 (2014) 85-89
J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19969−19972
金属/金属氧化物——Cu/Cu2O
铜电极表面Cu2O的存在，可 以提高电催化还原CO2为甲醇、 甲酸等的法拉第效率和电流 密度，可以降低还原过电位
ACS Catal. 2014, 4, 3091−3095
电催化还原二氧化碳
电催化还原二氧化碳随着全球气候变化的日益严重，人类对于环境保护的重视程度也越来越高。
其中，减少二氧化碳排放是环保的重要一环。
而电催化还原二氧化碳技术的出现，为减少二氧化碳排放提供了一种新的途径。
本文将从电催化还原二氧化碳的原理、应用和未来发展等方面进行探讨。
一、电催化还原二氧化碳的原理电催化还原二氧化碳是指利用电化学反应的原理将二氧化碳还原成有用的化学品的过程。
具体来说，就是将二氧化碳和一定的电能输入到电化学反应体系中，通过电化学反应将二氧化碳还原成一些有用的化学品，如甲烷、乙醇、乙烯等。
在电化学反应中，电极是关键的组成部分。
电极的种类、形状和表面性质都会影响反应的速率和选择性。
一般情况下，电极可以分为金属电极和非金属电极两种。
金属电极一般采用铜、银、金等金属制成，而非金属电极则包括碳、氧化铟锡等。
二、电催化还原二氧化碳的应用电催化还原二氧化碳技术具有广泛的应用前景。
其主要应用领域包括以下几个方面：1. 生产化学品通过电催化还原二氧化碳技术，可以将二氧化碳还原成一些有用的化学品，如甲烷、乙醇、乙烯等。
这些化学品具有广泛的应用前景，可以用于燃料、化工、医药等领域。
2. 减少二氧化碳排放电催化还原二氧化碳技术可以将二氧化碳转化为有用的化学品，从而减少二氧化碳的排放。
这对于环境保护具有重要的意义，可以有效地减少全球温室气体的排放量。
3. 能源储存利用电催化还原二氧化碳技术可以将二氧化碳转化为化学能，从而实现能源的储存和转化。
这对于解决能源短缺和提高能源利用效率具有重要的意义。
三、电催化还原二氧化碳的未来发展电催化还原二氧化碳技术具有广泛的应用前景，但目前还存在一些技术难题和瓶颈。
主要包括以下几个方面：1. 电极材料的选择和制备电极材料的选择和制备对于反应速率和选择性有着重要的影响。
目前，研究人员正在探索新型电极材料，并通过改进制备工艺来提高电极的性能。
2. 反应机理的研究电催化还原二氧化碳的反应机理非常复杂，研究人员需要深入探索反应机理，并开发出合适的反应条件和催化剂来提高反应效率和选择性。
电催化二氧化碳还原
电催化二氧化碳还原电催化二氧化碳还原是一种具有重要研究价值的反应，它可以将二氧化碳（CO2）还原成一系列有用的有机物。
与传统的化学还原反应相比，电催化还原反应更加可控，可以改变产物的分子结构，降低能量消耗，减少污染物的产生，并且在释放的碳分子的碳原子个数上具有更多的灵活性。
电催化二氧化碳还原是重要的技术，可能带来巨大的影响。
电催化二氧化碳还原反应的机理可以分为三大部分：电子传递，电化学反应和催化反应。
在电子传递中，酶会将电子从一个活性中心传递到另一个活性中心，这样可以使CO2变成碳氢化合物，碳酸酯或其他有机物。
在电化学反应中，将CO2与质子或其他离子结合，形成含碳和氢的化合物，如碳酸盐和碳酸酯。
催化反应是负责将CO2变成有用的产物的最后一步。
在此阶段，可以使用金属离子催化剂或含量高的酶体系，它们可以把CO2变成抗菌剂、香料、药物等有用产物。
电催化二氧化碳还原具有诸多优势，如低能耗、可控性高等。
因此，它在固体、气相和液相中已经被广泛应用。
它在制备碳-碳键和碳-氢键有机物方面表现焕然一新，它可以改变有机物的分子结构，还可以利用有机物的各种芳香系结构，以及改变产物的含碳原子的个数，从而有效的利用二氧化碳。
此外，电催化二氧化碳还原有助于减少污染。
在传统的还原反应中，会产生大量的有毒污染物，而电催化还原的产物却没有这种污染物，可以让环境变得更清洁。
目前，电催化二氧化碳还原反应的研究还仍处于起步阶段，需要进一步完善技术，探索催化剂和催化体系，以及有效地促进反应速度和效率。
此外，要深入研究其反应机理，以及反应中的热力学和动力学，提出更有效率的方法，来改善反应过程中的性能。
总之，电催化二氧化碳还原是一种很有前途的研究领域，它具有可控性高，能量消耗少，污染少等诸多优点，可以有效地利用二氧化碳，改善环境污染。
因此，未来，它有望起到重要作用，为社会带来许多实际应用。
二氧化碳的电化学还原
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。
二氧化碳电化学还原概述
。
利用可 再生能源将Ｃ Ｏ ， 还 原成低碳燃 料和有
经济价值 的化学 品，不仅能达到ｃ Ｏ ， 减排 和保护 地 球环境 的 目的，还能将 闲散 ＿ ３ 】 。
Ａｔ ｍｏ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ＣＯ２ ａ ｔ Ｍａ ｕ ｎ ａ Ｌｏ ａ Ｏｂｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ
二 氧 化 碳电 化 学 还 原 概 述
张琪① ，许 武 韬 ① ，刘 予 宇 Ｑ ￣ ｔ ，张 久 俊① ② 竹
①上海大学理学 院，上海 ２ ０ ０ ４ ４ ４ ；②上海大 学可持续能源 研究院，上海 ２ ０ ０ ４ ４ ４
摘 要 在过去 的几十年里 ， 二氧 化碳 （ ｃ ｏ ） 电化学还原技 术的迅猛发展 越来越引起 国际国内的广泛关注。此技术可 以利 用太 阳能 、风能 、潮 汐能等可再生能 源及核电／ 水 电的弃电 ， 将温室气 体ｃ ｏ 还原 为低碳燃料和有经济 价值的化学品。这一技术 可 以促进废弃物 （ 气体 ） 利用以实现能源 储存与转换 ， 变废为 宝 ， 被认为是一种绿色环保 、有 发展潜力的Ｃ Ｏ 处置方 法。使用 的催 化剂和电解质不 同 ， Ｃ Ｏ 电化学还原过程给 出的产物也不尽相 同。本 文概 述７Ｃ ０ ： 电化学还原的原理 以及催化剂 、电解
ｔ ｔ Ｔ ］ Ｎ 拿 大工程院院士 ，研 究方 向： 电化 学、 电催化 、光 电化学 、电化 学能源储存与转换
■ ● ２４２
筮． － 褒 志 第 ３ ９ 卷 第 ４ 期－ 专 题 综 述
Ｃ Ｏ， 是 碳 的 最 高 氧 化 态 产 物 之 一 ，其 标 准 摩 尔生成 焓为一 ３ ９ ４ ． ３ ８ ｋ Ｊ ／ ｍｏ ｌ 。 它 也 是 Ｃ， 家 族 中 最 为廉 价 和 丰 富 的 碳 资源 ，其 化 学 性 质 稳 定 ， 结 构 ／ ｆ 易 被 破 坏 。 目前 ，有 很 多ＣＯ， 处置 方 法 还 在 探 ＣＯ， 电化 学 还 原 就 是 一 个 利 用 电 能 将 Ｃ Ｏ， 在 电解 池 的 阴极 上 还 原 的 过 程 ，而 ＯＨ一 在 阳极 ｆ 被 氧 化 成 氧 气 。 由于 还 原ＣＯ， 需要 的 活 化 能 较 高 ， 施 加 一 定 高 电 压 后 才 能 实 现 ， 而 作 为 阴 极 过 程
路易斯酸电催化二氧化碳还原
路易斯酸电催化二氧化碳还原
路易斯酸电催化二氧化碳还原是一种利用路易斯酸作为催化剂，通过电化学方法将二氧化碳还原为有用化合物的过程。
在这个过程中，路易斯酸作为催化剂，可以促进二氧化碳的还原反应。
同时，电化学方法提供了一个有效的能量来源，使得还原反应可以在较低的温度和压力下进行。
具体来说，路易斯酸电催化二氧化碳还原的过程可以分为以下几个步骤：
电解液中的路易斯酸与二氧化碳反应，生成相应的路易斯酸盐和碳正离子。
碳正离子在电极上发生还原反应，生成相应的有机化合物。
有机化合物在电极上进一步发生电化学反应，生成最终的产品。
需要注意的是，路易斯酸电催化二氧化碳还原的过程需要控制适当的反应条件，如温度、压力、电流密度等，以确保反应的顺利进行和产物的选择性。
此外，该过程还需要注意环保和安全性问题，避免对环境造成污染和危害。
因此，在实际应用中，需要综合考虑各种因素，选择合适
的催化剂和反应条件，以确保过程的可持续性和经济性。
电催化还原二氧化碳知识讲解
J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19969−19972
金属/金属氧化物——Cu/Cu2O
铜电极表面Cu2O的存在，可 以提高电催化还原CO2为甲醇、 甲酸等的法拉第效率和电流 密度，可以降低还原过电位
J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7231−7234
金属/金属氧化物——Sn/SnOx
在 Sn/SnOx体系中，由于SnOx的作用， 与Sn电极相比，虽然还原CO2的过电 位相近，但反应电流密度高出数倍
J. Am. Chem.Soc. 2012, 134, 1986−1989
Electrochem. Solid-State Lett.,2011, 14, E9–E13
面临的挑战： 1.催化活性低； 2.产物选择性低； 3.催化剂稳定性/耐久性不足； 4.对机理的理解研究不足； 5.电极和系统未能优化到可以用于实际。
未来研究的方向： 1.探索新的电催化剂以提高催化活性，优化金属电极的形态、尺寸、结 构等，制备金属/金属、金属/金属氧化物等复合材料； 2.通过实验和理论模拟进一步理解反应机理； 3.优化电极、反应器和系统设计以应用于实际。
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%
电化学还原二氧化碳研究背景
电化学还原二氧化碳研究背景电化学还原二氧化碳：应对气候变化的变革性技术引言气候变化已成为我们时代最紧迫的挑战之一，促使研究人员寻求可持续且创新的方法来减少温室气体排放。
二氧化碳（CO2）是主要的温室气体，发展高效且可扩展的CO2转化技术对于缓解气候变化至关重要。
电化学还原二氧化碳（ECR-CO2）是一种有前途的技术，它利用电能将CO2转化为有价值的化学品，从而提供一举两得的解决方案，既减少了CO2排放，又产生了可再生燃料和原料。
ECR-CO2技术的原理ECR-CO2涉及在阴极上施加电势，从而促进CO2和质子（H+）还原成各种化学产物，例如甲醇、乙醇和一氧化碳（CO）。
该过程发生在电解池中，电解池由阴极、阳极和电解质组成。
阳极通常由惰性金属（如铂或金）制成，而阴极可以由各种材料制成，包括铜、银和碳基材料。
催化剂设计：ECR-CO2的关键因素催化剂在ECR-CO2过程中起着至关重要的作用，选择合适的催化剂可以显着提高CO2还原反应的效率和产物选择性。
理想的ECR-CO2催化剂应具有以下特性：高活性和稳定性针对特定产物的选择性对杂质和剧毒化合物的耐受性反应条件优化：影响ECR-CO2性能的因素除了催化剂设计外，反应条件也对ECR-CO2性能产生重大影响。
关键因素包括：电位：电位的变化会影响CO2还原反应的动力学和产物分布。
电解质：电解质的性质，例如pH值和离子强度，会影响催化剂的活性和产物选择性。
CO2浓度：CO2浓度会影响反应速率和产物分布。
ECR-CO2技术的应用ECR-CO2技术在应对气候变化、能源安全和可持续化学领域具有潜在的广泛应用。
一些关键应用包括：二氧化碳捕获和利用（CCU）：ECR-CO2可以将废气或大气中的CO2转化为有价值的化学品，例如甲醇，乙醇和一氧化碳。
可再生燃料生产：ECR-CO2可以将CO2转化为液态燃料，例如甲醇和乙醇，为交通和工业部门提供可持续的替代品。
原料生产：ECR-CO2可以产生各种化学原料，例如乙烯和丙烯，可用于制造塑料、纺织品和药物。
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
电催化二氧化碳还原
电催化二氧化碳还原二氧化碳（CO2）是维护和改善地球环境的一个重要组成部分，但它仍然是主要的温室气体，导致全球变暖。
因此，减少二氧化碳的排放是一个重要的科学和技术难题。
更重要的是，地球的能源消耗让再生能源成为现代社会重要的推动力。
由于现有技术的困扰，氢能成为一个现代能源的主要障碍。
于是，电催化CO2还原（ECRR）技术应运而生，其目标是以实用的成本从CO2中提取氢，但这一宏伟目标的实现有着其自身的困难。
最直接的想法是将CO2电化学还原为可用的氢气，但是具有极高的阻碍力，并且会产生大量的无用产物。
幸运的是，近年来，科学家们通过这种技术的研究取得了一系列重大突破，为把ECRR作为一种经济合理的替代能源走向未来把关。
研究人员提出了催化剂材料来实现低成本、高效率的电催化CO2还原方案，他们发现将贵金属催化剂材料与非金属材料相结合，可以实现低温、高效率的CO2还原反应。
其中，贵金属催化剂的主要作用是加速反应的进行，而非金属就起到了抑制碱性条件下反应的过程，从而提高了反应的效率。
此外，研究人员还运用了电化学可控还原（ECRR）技术来实现氢的可控提取。
电化学可控还原，也称为空气电池，是以电气化学反应形式将CO2还原为氢气的技术。
其原理是，在液体反应器中，在指定的条件下，通过高电压来引发反应，将CO2还原为氢气，经过一系列有机反应后，氢气终于被提炼出来。
为了证明这项技术的效果和可行性，研究人员还进行了大量的实验检验。
他们采用了多种催化剂，结果表明，当催化剂提供的电流密度越高，还原CO2的反应速率就越快。
可以通过改变催化剂的组成来调节还原速率，最终实现氢的高效率提取。
事实上，ECRR技术在未来发展中还有很大的潜力。
在实际应用中，可以通过改变催化剂的组成、改变反应条件以及提高催化反应的效率来改善技术性能，最终达到节能减排和高效率提取氢气的目的。
总之，ECRR技术对未来环境问题的能源解决方案有着重要的作用。
它不仅有助于减少全球的温室气体排放，而且还能够降低石油和天然气的消耗，从而促进可持续发展。
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。
mof,cu,电催化二氧化碳还原
mof，cu，电催化二氧化碳还原
电催化二氧化碳还原是指利用电化学方法将二氧化碳转化为高附加值化合物的过程。
这一过程通常涉及使用催化剂和外加电流来促进二氧化碳的还原反应，产生有机化合物或其他有用化学品。
这一领域的研究和应用对于减缓全球变暖、减少温室气体排放以及可持续能源发展具有重要意义。
从化学角度来看，电催化二氧化碳还原涉及许多复杂的反应路径和催化剂设计。
研究人员通过设计高效的催化剂，调控电化学条件以及优化反应条件，来提高二氧化碳还原的效率和选择性。
这涉及到理论计算、实验室合成和催化剂表征等多个方面的工作。
此外，从环境保护的角度来看，电催化二氧化碳还原可以将二氧化碳转化为有机物，从而减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放。
这对于应对气候变化、保护环境具有重要意义。
从能源和可持续发展角度来看，电催化二氧化碳还原可以将二氧化碳转化为燃料或化工原料，从而实现二氧化碳的循环利用，提高能源利用效率，推动可再生能源的发展。
总的来说，电催化二氧化碳还原涉及到多个学科领域的交叉，
包括化学、材料科学、能源科学等，对于解决能源和环境问题具有
重要意义。
在未来，随着对可持续发展和清洁能源的需求不断增加，电催化二氧化碳还原技术将会得到更广泛的关注和应用。
PPT图荐干货丨铋基二氧化碳还原电催化材料研究进展
(5) 稳定性 ：一种优异的电催化材料还必须具有长期的催化稳定性。通常采用 循环伏安法、恒电位电解法或者计时电位法等进行有效评价。
1. 电催化CO2还原
根据其主要还原产物的种类， 大致可以将这些金属电极材料分成四大类（图 1）。
电沉积法是将金属或者合金从其化合物水溶液或非水溶液中通过电化学还原，将金属 原子以一定的形貌沉积在工作电极上的方法。该方法操作简便、工艺灵活，被广泛地 应用在各种金属纳米材料的制备上。
3. 铋基催化材料的电化学 CO2 还原
3.2 超声剥离
超声剥离是一种利用高频率声波在溶液 中的振动，将块体材料剥离成纳米材料 的技术。由于金属 Bi 独特的层状晶体 结构， 使用液相超声剥离法制备其纳米 结构是一种非常合适且有效的途径。
电化学CO2还原技术面临诸多挑战。 1. CO2 属于热力学性质较稳定的化合物， 其 C=O 双键的活化过程需要克服较高
的能量势垒；2. 2. 在水相电解液中，往往会诱导析氢副反应的发生，显著影响 CO2还原反应的选
择性。
因此，深入研究 CO2 还原反应机制，开发高效、稳定、低廉的电催化材料是 CO2 还原的一个关键科学问题。
图 1 CO2 还原电催化材料在元素周期表中的分布
(1) H2选择性金属：Ni、Fe、Pt、Ti等。 具有较强的 CO 吸附能，容易受 CO 毒化而无法发生有效的 CO2 还原反应。
(2) 甲酸选择性金属：Sn、Pb、Bi、In等。 具有较弱的 CO 吸附能。电势较大时 才会发生 CO2 的有效活化。
金属 Bi 具有和黒磷类似的层状晶体结构，每一层都由翘曲的类蜂窝状结构组成， 层与 层之间主要以较弱的范德华力相互作用。但是， 由于 Bi 较低的熔点和易氧化性， 想 要直接制备获得金属 Bi 的纳米结构存在一定挑战性。
电催化还原二氧化碳.ppt
CO CO、醇、酸、烷烃等
Al、Ga、Pt、Fe等
催化效率很低
醇
金属材料——钯
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
Pd(111)、Pd(211)、Pd55和 Pd38还原CO2为CO的自由能
J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 4288−4291
金属/金属氧化物——Sn/SnOx
在 Sn/SnOx体系中，由于SnOx的作用， 与Sn电极相比，虽然还原CO2的过电 位相近，但反应电流密度高出数倍
J. Am. Chem.Soc. 2012, 134, 1986−1989
金属/金属氧化物——Co/CoO
在四原子厚超薄钴/氧化钴纳米材料中， 氧化钴的存在提高了材料电催化还原 CO2为甲酸的活性和选择性
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 电催化还原为甲醇
用碳酸酐酶将二氧化 碳电催化还原为甲醇
J. AM. CHEM. SOC. 2010, 132, 11539–11551
Electrochem. Solid-State Lett.,1, 14, E9–E13
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
电还原二氧化碳 应用
电还原二氧化碳应用一、引言二氧化碳是目前全球面临的重要环境问题之一，其过量排放导致了全球气候变暖和大气污染的加剧。
因此，寻找一种有效的方法来减少二氧化碳的排放已经成为全球关注的焦点。
而电还原二氧化碳技术的应用，成为了一种有望实现二氧化碳减排的重要途径。
二、电还原二氧化碳的原理电还原二氧化碳是指通过电化学反应将二氧化碳还原为有用的化合物或燃料。
其原理是利用电能将二氧化碳中的碳分子还原成碳氢化合物，如甲烷、乙烯等。
这种反应需要在高温高压的条件下进行，并且需要催化剂的存在。
三、电还原二氧化碳的应用1. 可再生能源利用：电还原二氧化碳可以利用可再生能源（如太阳能、风能等）产生的电能来进行二氧化碳的还原反应。
这样不仅可以减少二氧化碳的排放，还可以实现对可再生能源的有效利用。
2. 燃料合成：通过电还原二氧化碳可以将二氧化碳转化为一些有用的燃料，如甲烷、乙烯等。
这些燃料可以用于发电、供暖等领域，减少对传统化石燃料的依赖，从而减少对环境的污染。
3. 化学品合成：除了燃料合成外，电还原二氧化碳还可以将二氧化碳转化为一些有机化合物，如乙酸、乙醇等。
这些有机化合物在化工领域有广泛的应用，可以替代一些传统的化学品，减少对环境的污染。
4. 碳循环利用：电还原二氧化碳可以实现碳的循环利用，将二氧化碳转化为有用的化合物后再进行利用，形成一个闭环。
这样不仅可以减少对自然资源的依赖，还可以减少对环境的负面影响。
5. 地下封存：电还原二氧化碳还可以将二氧化碳转化为稳定的无机碳化合物，如碳酸钙等，然后将其封存在地下。
这样可以有效地减少二氧化碳的排放，避免其对大气造成的温室效应。
四、电还原二氧化碳技术的优势和挑战1. 优势：电还原二氧化碳技术具有高效、可持续、环保等优势。
它可以利用可再生能源进行二氧化碳的还原，不仅可以减少二氧化碳的排放，还可以实现对可再生能源的有效利用。
此外，电还原二氧化碳技术还可以将二氧化碳转化为有用的化合物或燃料，实现资源的有效循环利用。
crr电催化还原二氧化碳
crr电催化还原二氧化碳CRR电催化还原二氧化碳随着全球能源需求的日益增长和环境问题的日益严重，寻找可持续的能源替代品成为当今的热点话题。
二氧化碳（CO2）作为温室气体的主要成分之一，被认为是导致全球气候变化的主要原因之一。
因此，开发高效的CO2转化技术对于减缓气候变化和实现可持续发展具有重要意义。
CRR电催化还原二氧化碳技术就是一种有潜力的CO2转化方法。
CRR电催化还原二氧化碳是通过电化学反应将CO2转化为高附加值化学品的过程。
该技术利用电催化剂在电极表面上催化CO2的还原反应，产生一系列有用的有机化合物。
这些有机化合物可以作为燃料、化工原料或其他高附加值产品的前体。
CRR电催化还原二氧化碳的核心是电催化剂的设计和开发。
电催化剂是催化CO2还原反应的关键组分，能够降低反应的能量损耗、提高反应的速率和选择性。
目前，研究人员已经发现了许多高效的电催化剂，如金属催化剂、合金催化剂、有机催化剂等。
这些催化剂能够在适当的电位下催化CO2的还原反应，实现高效的CO2转化。
除了电催化剂的设计，反应条件的优化也是CRR电催化还原二氧化碳技术的关键。
反应温度、电位、电解质浓度和反应物浓度等参数的调节可以显著影响反应的效率和选择性。
因此，通过精确控制这些反应条件，可以实现CO2转化的高效率和高选择性。
CRR电催化还原二氧化碳技术具有许多优点。
首先，该技术可以将CO2等废弃物转化为有用的化学品，实现资源的高效利用。
其次，CRR电催化还原二氧化碳技术可以减少二氧化碳的排放，从而减缓全球气候变化的进程。
此外，该技术还可以为可再生能源的储存和利用提供一种新的途径。
然而，CRR电催化还原二氧化碳技术也面临一些挑战。
首先，高效的电催化剂的制备和寿命是一个难题。
现有的电催化剂往往具有较低的稳定性和较短的使用寿命，限制了该技术的实际应用。
其次，大规模应用CRR电催化还原二氧化碳技术需要解决电能转化和储存的问题。
目前，电能的储存和输送技术仍然不够成熟，需要进一步的研究和发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
02 1 金属催化剂 ,Mn
Mn分子催化剂通过与芳环连接的方法固定在碳纳米管上，制备具 有催化活性的电极．在这种准非均相催化系统中，CO2在0.36 V的 起始过电位被有效地还原，并且在0.55 V时能够实现超过1000次的 催化循环．在该电还原过程中，高催化剂负载时主要产物为CO，而 采用较低的催化剂负载时，产物的主要成分为甲酸盐．此外，非均 相电还原CO2还具备合成方法简单和产物无需进一步纯化等特点， 因而在具备出色的转化效率的同时，也拥有大规模工业化应用的巨 大潜力。
将闲散的非常规能量加以储存, 缓解能源危机,且没有新的CO2排放；
利用太阳能、风能、地热能、潮汐能等可再 生能源，以及核电站、水电站低谷用电时的 弃电;
阴极反应：CO2(g)+ne-=CO HCOOH HCHO CH3OH 阳极反应：4OH--4e-=2H2O+O2
01 二氧化碳还原反应CO2RR
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%。
产物为甲烷
CO2还原生成CH4涉及八电子过程，所以会 形成如乙烯，氢气，一氧化碳和甲酸等多种 副产物;
02
催化剂
02 1 金属催化剂
1 汞（Hg）、硒（Sn）、铟（In）、铋（Bi）等
反应过程中容易产生 HCOO-，产物主要以甲酸和甲酸盐为主；
2 金（Au）、银（Ag）、锌（Zn）等
这类催化剂的特点为对于 CO 的稳定性较弱，所以产物主要为 CO；
2018
二氧化碳电化学还原
Chemistrycreatestheworld,chemicalstr ansformit
徐庆岳张世贤张峰陈谦
01
CO2RR简述
02
催化剂
03
电解质
04
SOEC简介
01 二氧化碳还原反应CO2RR
燃烧化石燃料所产生的二氧化碳 （CO2），其浓度在大气与海洋中 逐年累积，由早期的 300 ppm 升 至 385 ppm（预计 2100 年接近 600 ppm）
01 二氧化碳还原反应CO2RR
CO2拥有线性对称的分子结构。分子结构中的 C=O 的长度比酮的 C=O 的共价键要短（约 0.04 Å）。独 特的分子结构使CO2 化学性质极其稳定，只能在较 为极端的条件下才能转化为其它碳类化合物，例如 高温、高压及高的过电位。
因此将 CO2 转化成可利 用的再生能源成为一种理 想选择。构建人工二氧化 碳循环系统，不仅可以降 低环境中二氧化碳的浓度， 还可以将二氧化碳转化为 可再生能源，
02 硼掺杂金刚石（BDD） 在有机电解液（甲醇和高氯酸四丁铵的混合溶 液）中对于产物甲醛的 FE 最高达到了 74%
结构多样 环境友好 比表面积大 活性位点突出
导电性能良好 物理化学性能稳定 价格低廉及储量丰富
03
CO2RR电解质
.
03
CO2RR电解质
01 水溶液
03 有机溶液
02 离子溶液
03 水溶液
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％;
电催化还原二氧化碳
01 二氧化碳还原反应CO2RR
电催化二氧化碳还原反应；
CO2浓度的增加对环境造成了显著的负面 影响，使地面吸收的太阳光的热量不易散失， 导致全球变暖，进而引起两极冰川融化、海 平面上升等。
有研究表明，目前的CO2浓度即使不再增 加，靠地球的自身消化能力，也要近1 000年 才能消除从前所累计的温室效应的影响。