【2019-2020年整理】二氧化碳的电化学还原
电化学催化还原二氧化碳研究进展
电化学催化还原二氧化碳研究进展一、本文概述随着全球气候变化的日益严重，减少大气中二氧化碳（CO₂）的浓度成为了全球科研和工业界的重要任务。
电化学催化还原二氧化碳（CO₂RR）作为一种有效的技术手段，能够将CO₂转化为高附加值的化学品和燃料，如甲醇、乙醇、甲酸、一氧化碳和氢气等，因此在减少CO₂排放的也为可持续能源和化工产业提供了新的可能。
本文综述了近年来电化学催化还原二氧化碳的研究进展，重点介绍了催化剂的开发、电解槽的设计、反应机理的探究以及在实际应用中的挑战与前景。
在催化剂开发方面，本文概述了各种金属、金属氧化物、金属硫化物以及非金属催化剂的催化性能和应用。
在电解槽设计方面，本文讨论了电解槽的构造、电解质的选择以及电解条件的优化等关键因素。
文章还深入探讨了CO₂RR的反应机理，包括电子转移、中间体的形成和稳定性等，为设计更高效的催化剂提供了理论基础。
本文还分析了电化学催化还原二氧化碳在实际应用中所面临的挑战，如催化剂的活性、选择性、稳定性和成本等问题，并提出了相应的解决方案。
文章展望了电化学催化还原二氧化碳技术的未来发展方向，包括新型催化剂的开发、反应过程的优化以及与其他技术的集成等，以期为实现低碳、环保和可持续的社会发展做出贡献。
二、电化学催化还原二氧化碳的基本原理电化学催化还原二氧化碳（CO₂RR）是一种通过电化学过程将二氧化碳转化为有用化学品或燃料的技术。
其基本原理涉及到电解质的导电性、催化剂的活性和选择性，以及反应过程中涉及的电子转移和质子耦合等步骤。
在电化学反应中，二氧化碳分子接受电子和质子，经过一系列中间反应步骤，最终转化为所需的产物，如一氧化碳、甲烷、乙醇等。
催化剂在CO₂RR中起着至关重要的作用。
合适的催化剂能够降低反应的活化能，提高反应速率，并且对产物的选择性具有决定性的影响。
目前，研究者们广泛探索了包括金属、金属氧化物、金属硫化物等在内的多种催化剂。
其中，金属催化剂因其高活性和可调变性而受到广泛关注。
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。
电催化还原二氧化碳的研究进展
浅谈烟草直营连锁店在卷烟品牌培育中的作用作者：卢晓东来源：《全国流通经济》2018年第04期摘要：直营店是中国烟草终端网络的“制高点”、中式卷烟的“栽培室”、零售探索的“试验田”。
烟草行业建设直营终端的最终目是为了提供优秀经验、培育卷烟品牌。
本文以福建烟草商业企业建立的福建海晟连锁直营店作为研究对象，分析其在福建卷烟品牌培育中的作用及存在的不足，提出进一步发挥其作用的有关建议，助力福建烟草实现卷烟品牌发展战略目标。
关键词：直营店；福建烟草；品牌培育中图分类号：F2732；F4268文献识别码：A文章编号：2096-3157（2018）04 -0007-02一、引言卷烟零售终端是烟草行业赖以生存的基础，烟草行业卷烟品牌培育的最终落实在终端，零售终端建设的好坏，直接关系到卷烟商业企业竞争力的提高和卷烟品牌的生死存亡。
因此，烟草商业企业历来重视卷烟零售终端建设，特别是自己所建立的直营连锁店，以福建海晟连锁店为例，因其充分发挥了对福建卷烟品牌培育的导向、标杆、样板、窗口等引领作用，成为了福建卷烟零售的优质终端和品牌培育主阵地，备受广大消费者接受和认可，它是福建卷烟品牌培育最好的基地和土壤。
如何充分发挥其作用是福建烟草商业发展的一个重点课题。
二、福建海晟连锁直营店对福建卷烟品牌培育的作用福建海晟连锁建立于2004年。
建立以后，严格按照烟草行业直营终端要求准确定位市场，在“规模效益”、“规范经营”、“明码标价”、“品牌培育”、“真实信息采集”等方面，着力扮演直营终端角色，较好地发挥了“市场的导向、价格的标杆、规范的样板、形象的窗口”等作用，助力了福建卷烟品牌培育工作。
1市场的导向作用福建海晟连锁直营店是福建烟草商业自主建立的卷烟直营终端，它所代表的是福建烟草商业在卷烟零售中的形象和姿态。
成立以来，福建海晟连锁店以只卖真烟的诚信经营为根本使命，严令拒绝售假，诚信经营，得到消费者特别是高端消费者的充分信任。
同时，在卷烟新品上市后，福建海晟连锁是试销的首批客户，许多工业公司都主动选择海晟连锁作为新品牌的培育平台。
【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。
一种二氧化碳电化学还原制备一氧化碳的方法[发明专利]
![一种二氧化碳电化学还原制备一氧化碳的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/8f8517cec9d376eeaeaad1f34693daef5ef713b5.png)
(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 201910593401.5(22)申请日 2019.07.03(71)申请人 中石化南京化工研究院有限公司地址 210048 江苏省南京市六合区葛关路699号申请人 中国石油化工股份有限公司 浙江大学(72)发明人 毛松柏 傅杰 李海涛 黎梓浩 汪东 吕秀阳 陈曦 郭本帅 (74)专利代理机构 南京天翼专利代理有限责任公司 32112代理人 崔立青(51)Int.Cl.C25B 1/23(2021.01)C25B 9/19(2021.01)C25B 11/032(2021.01)C25B 11/091(2021.01)(54)发明名称一种二氧化碳电化学还原制备一氧化碳的方法(57)摘要本发明涉及一种二氧化碳电化学还原制备一氧化碳的方法，包括：采用H型双电化学池反应器，以质子交换膜隔离为阴极室和阳极室；反应前阴极室通入二氧化碳气体；采用三电极体系，以气体扩散电极为工作电极，铂电极为辅助电极，银/氯化银电极为参比电极；气体扩散电极包括气体扩散电极本体，以及负载在气体扩散电极本体上的二氧化碳电化学还原催化剂；二氧化碳电化学还原催化剂为多壁碳纳米管担载的金基双金属。
该方法能够提高产物一氧化碳的法拉第效率。
权利要求书1页 说明书7页 附图2页CN 112251766 A 2021.01.22C N 112251766A1.一种二氧化碳电化学还原制备一氧化碳的方法，其特征在于，包括：采用H型双电化学池反应器，H型双电化学池反应器中间以质子交换膜隔离为阴极室和阳极室，H型双电化学池反应器密封；反应前阴极室通入二氧化碳气体；采用三电极体系，以气体扩散电极为工作电极，铂电极为辅助电极，银/氯化银电极为参比电极，工作电极与辅助电极相对，参比电极靠近工作电极；加入电解液，工作电极所在的阴极室进行磁力搅拌，施加工作电压，反应室温下进行；所述气体扩散电极包括气体扩散电极本体，以及负载在气体扩散电极本体上的二氧化碳电化学还原催化剂；所述二氧化碳电化学还原催化剂为多壁碳纳米管担载金基双金属，所述金基双金属由银、铜、镍、铋、锌、铁、铟、钴中的一种和金两种金属构成。
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。
水溶液中电化学还原二氧化碳制甲酸的研究
水溶液中电化学还原二氧化碳制甲酸的研究一、本文概述随着全球气候变化的日益严重，减少温室气体排放、实现碳中和已成为全球共同的目标。
二氧化碳（CO₂）作为主要的温室气体之一，其减排和转化利用受到了广泛关注。
电化学还原二氧化碳（CO₂RR）是一种将CO₂转化为有价值化学品或燃料的有效方法，具有反应条件温和、产物多样性高等优点。
其中，甲酸（HCOOH）作为一种重要的化工原料和氢能源载体，其电化学还原制备过程具有重要的研究意义和应用价值。
本文旨在研究水溶液中电化学还原二氧化碳制甲酸的过程，通过深入探讨反应机理、催化剂设计、电解池构建以及反应条件优化等方面，以期提高甲酸产率、降低能耗，并为实现二氧化碳的高效转化和利用提供新的途径。
文章将首先介绍电化学还原二氧化碳制甲酸的研究背景和意义，然后详细阐述实验材料与方法、实验结果与讨论，最后总结全文并展望未来的研究方向。
通过本文的研究，旨在为电化学还原二氧化碳制甲酸领域的发展提供有益的参考和借鉴。
二、电化学还原二氧化碳的基本原理电化学还原二氧化碳（CO₂）制甲酸（HCOOH）是一种新兴的、环境友好的转化技术，旨在将大气中的温室气体转化为有价值的化学品。
该过程的基本原理涉及电解池中的阴极、阳极以及电解质溶液中的离子传递和电子转移。
在电解过程中，电解质溶液中的CO₂分子通过阴极附近的离子化过程，获得电子并被还原为甲酸根离子（HCOO⁻）。
同时，阳极处的水分子失去电子并被氧化为氧气和氢离子（H⁺）。
这些氢离子通过电解质溶液迁移到阴极，与甲酸根离子结合，生成甲酸（HCOOH）。
电化学还原CO₂的反应路径和产物分布取决于电解质的性质、电极材料、电流密度、温度以及压力等多个因素。
通常，甲酸的形成涉及多步电子转移过程，其中CO₂首先被还原为一氧化碳（CO），随后再被进一步还原为甲酸。
因此，优化电解条件和电极材料是提高甲酸产率和选择性的关键。
电解质溶液的选择也至关重要。
合适的电解质应能够有效传递离子，同时促进CO₂的溶解和还原。
co2电还原 mof
co2电还原mof
随着全球气候变化问题日益严重，如何有效降低二氧化碳（CO2）排放成为各国亟需解决的问题。
其中，CO2电还原技术被视为一种有前景的解决方案。
在这一领域中，金属有机骨架（MOF）材料因其独特的性质和优势，受到科研人员和工程师的关注。
CO2电还原的意义在于，将排放到大气中的CO2转化为有用化学品，如甲烷、乙烯、乙醇等。
这不仅有助于减少温室气体排放，还可以为化工、能源等领域提供重要原料。
而MOF材料在这一过程中起到了关键作用。
MOF材料是由金属离子或金属原子与有机配体通过配位键形成的晶体材料。
它们具有高比表面积、多孔性、可调结构和化学功能性的特点。
这些特性使MOF材料在CO2电还原中具有显著优势。
首先，MOF材料的高比表面积和多孔性为其提供了大量的活性位点，增加了CO2与催化剂的接触机会，提高了反应速率。
其次，MOF材料的化学功能性使其能够通过调整金属离子或有机配体的种类和比例，实现对催化活性和选择性的调控。
此外，MOF材料还具有很好的热稳定性和化学稳定性，有利于催化剂的长时间运行。
然而，CO2电还原领域仍然面临着一些挑战，如催化剂的活性和稳定性尚需提高，工艺条件苛刻，以及大规模应用的成本问题等。
为了解决这些问题，科学家们正在不断研究新型MOF材料，以期在催化性能、稳定性和成本等方面取得突破。
总之，MOF材料在CO2电还原领域具有巨大潜力。
随着科研的深入和技
术的创新，未来MOF材料在解决我国乃至全球气候变化问题上将发挥越来越重要的作用。
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
超亲气泡沫铜纳米线电极电化学还原CO2性能
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期超亲气泡沫铜纳米线电极电化学还原CO 2性能王凯1，2，叶丁丁1，2，朱恂1，2，杨扬1，2，陈蓉1，2，廖强1，2（1 重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室，重庆 400030；2 重庆大学能源与动力工程学院工程热物理研究所，重庆 400030）摘要：利用可再生电能进行电化学还原CO 2被认为是一种有前景的储能和减排技术，但在阴极发生析氢副反应，将降低电化学还原CO 2的性能。
采用泡沫铜为基底制备铜纳米线电极扩展电极的电化学活性面积，然后通过十七氟癸基三甲基硅烷对电极进行亲气处理，使电极表面从疏气状态变为超亲气状态，从而强化气相反应物CO 2传质，增加反应三相接触线，提高电极的电化学还原 CO 2性能。
实验结果表明：与未亲气处理的泡沫铜纳米线电极相比，所制备的超亲气泡沫铜纳米线电极虽然具有较小的电化学活性面积，但其超亲气的特性更有利于CO 2的传质，抑制了电解液中氢离子的传输，有效削弱了析氢副反应的发生。
在电解电位为-1.5V （vs . Ag/AgCl ）时，H 2法拉第效率降低了17.7%，电化学还原CO 2性能提升。
关键词：电化学；还原；二氧化碳；铜纳米线；超亲气；传质中图分类号：TQ021.4 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1232-09Performance of electrochemical reduction of CO 2 by superaerophiliccopper foam electrode with nanowiresWANG Kai 1，2，YE Dingding 1，2，ZHU Xun 1，2，YANG Yang 1，2，CHEN Rong 1，2，LIAO Qiang 1，2(1 Key Laboratory of Low-grade Energy Utilization Technologies and Systems, Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing 400030, China; 2 Institute of Engineering Thermophysics, School of Energy and Power Engineering, ChongqingUniversity, Chongqing 400030, China)Abstract: Electrochemical reduction of CO 2 by renewable electricity is regarded as a promising methodto storage energy and reduce emissions environmental problems. However, the hydrogen evolution sidereaction at the cathode will reduce the performance of electrochemical reduction of CO 2. Nanowires were prepared on the copper foam electrode to expand the electrochemical active area of the electrode. Then, the copper foam nanowire electrode was treated with trimethoxy (1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluorodecyl)silane to make the electrode surface change from aerophobic to aerophilic, which was expected to strengthen the mass transfer of gas-phase CO 2, increase the three-phase contact line of the reaction and further improve the performance of electrochemical reduction of CO 2. Experimental results showed thatcompared with the copper foam nanowire electrode without aerophilic treatment, although the prepared aerophilic electrode possessed lower electrochemical active area, its superaerophilic property was研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0426收稿日期：2023-03-21；修改稿日期：2023-06-06。
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。
2019-2020年高三化学专题复习：“电解池、原电池原理和运用”复习案例(课录稿)
化学观念引领下的高三化学专题复习2019-2020年高三化学专题复习：“电解池、原电池原理和运用”复习案例（课录稿）【复习目标】通过对原电池和电解池的原理和装置的深度剖析，利用对二次电池中微粒存在、运动及变化的分析，建立分析电化学的思维模式，进一步解决新情景下电化学问题。
【教学过程】环节一：【课前检测】（10分钟）最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水具有工艺流程简单、电耗较低等优点。
其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸，总反应为: 2CH3CHO + H2O === CH3CH2OH + CH3COOH。
实验室中以一定浓度的乙醛-Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置示意图如图1 所示。
(每空2分）①若以甲烷燃料电池为直流电源，则燃料电池中b 极应通入( 填化学式)________ 气体。
②电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气体。
反应如下:阳极:_____________________、______________________阴极:_____________________、_______________________③电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量______( 填“增大”、“减小”或“不变”) 。
【学生活动】：课前独立完成，上课反馈得分情况（3分钟）课前检测并反馈得分率：（2min）A 0分B 2分C 4分D 6分E 8分F 10分G12分【设计意图】：让学生课前复习原电池和电解池的简单原理，独立完成新情景下电化学问题。
通过反馈得分情况。
对比课中通过思维建模后分析该题的能力，用于检验本节课的教学效果的一个环节。
环节二：【交流研讨一】(10min)【教师活动】：给出问题：运用图2结合原电池和电解池的原理和装置，小组合作讨论归纳总结它们的相似之处。
（提示从装置结构上、微粒运动和微粒变化的角度）过程中指导讨论，观察讨论结果。
二氧化碳电催化还原
一种选择性、高效的电催化剂用于还原二氧化碳摘要：使用一种选择性且高效的方式将二氧化碳转化为有用的化学品，对于可再生和可持续能源研究来说仍是一项重大挑战。
银是一种很有前途的电催化剂，因为它在常温下就能有选择性的将二氧化碳转化为一氧化碳。
然而，传统的多晶银电催化剂则需要较大的过电位。
这里我们开发了一种高选择性的纳米多孔银电催化剂，它能够使用电化学方法将二氧化碳转化为一氧化碳，其转化效率高达92%，在中等过电位<0.5v条件下，其活性为多晶银催化剂的3000倍。
与多晶银催化剂相比，纳米多孔银电催化剂具有非常高的活性，与其有非常大的电化学反应表面积（约大150倍）和本身内在高活性（约高20倍）相关。
纳米多孔银的内在高活性可能是因为弯曲内表面上的中间体CO2-更稳定，其活性位点需要的电压比预期更小，以克服活化能垒所需的驱动反应。
减少由于化石燃料的燃烧产生的温室气体二氧化碳对人类社会至关重要的1-3。
理想情况下，人们倾向于将发电厂，炼油厂和石化厂产生的二氧化碳通过可再生能源利用转化为燃料或其他化学品4-6。
这种理想的解决方案有着重大的技术挑战，因为二氧化碳是一个完全氧化的热力学稳定的分子7-8。
有必要寻找一种较高效率和选择性的合适的催化剂以降低成本9。
在过去的二十年里，电催化还原二氧化碳的方法备受关注，因为所需的电力可从低成本的可再生能源如风能、太阳能和波浪中获取10-14。
研究人员已经发现了能够在水电解质中利用电化学方法减少CO2的几种潜在的催化剂15-20。
例如， Hori等7已经表明，在一个电压约为-0.7V（versus RHE）条件下，多晶金电催化剂可以提供的电流密度为5.0mA/cm-2，一氧化碳的效率为87％。
然而，而多晶铜的选择性差，需要的电压接近-1.0V（versus RHE）才能到同样的电流密度（即二氧化碳的还原反应速率）。
由于金稀少并且昂贵，所以其不适用于大规模应用。
通过催化剂制造和产品分离来减少成本，寻找具有高选择性含量丰富的催化剂，并用于二氧化碳的减排过程显得尤为重要。
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。
2020高考化学专题《电化学及其应用》习题含解析
电化学及其应用1．[2019新课标Ⅰ]利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。
下列说法错误的是A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H 2+2MV2+2H++2MV+C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【答案】B【解析】【分析】由生物燃料电池的示意图可知，左室电极为燃料电池的负极，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+−e−= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室电极为燃料电池的正极，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e−= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子通过交换膜由负极向正极移动。
【详解】A项、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；B项、左室为负极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+−e−= MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，故B错误；C项、右室为正极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e−= MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，故C正确；D项、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。
故选B。
【点睛】本题考查原池原理的应用，注意原电池反应的原理和离子流动的方向，明确酶的作用是解题的关键。
(人教版)2019-2020学年高三化学一轮复习 电化学 考点深度剖析(学生版)
电化学考点深度剖析【解题思路分析】惰性电极电解电解质溶液的四种类型【考点深度剖析】一、电解原理1．电解使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
2．电解池(也叫电解槽)(1)概念：电解池是把电能转变为化学能的装置。
(2)构成条件：①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融盐)。
③形成闭合回路。
(3)电极名称及电极反应式(如图)：总反应方程式：Cu2＋＋2Cl－=====电解Cu＋Cl2↑(4)电子和离子移动方向：①电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。
命题点1 电解方程式的书写1．方法步骤(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(勿忘水溶液中的H＋和OH－)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。
阴极：阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋(水溶液中Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋不放电)。
阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子(水溶液中含氧酸根离子不放电)。
(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
2．注意问题(1)书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。
(2)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。
(3)注意题目信息中提示的离子的放电，如电解法制取KMnO4等。
例1．按要求书写有关的电极反应式及总方程式。
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液：阳极反应式：___________________________________________________________；阴极反应式：___________________________________________________________；总反应离子方程式：_____________________________________________________。
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二氧化碳电化学还原的研究背景
随着工业的高速发展，地球的生态环境正在遭到严重 破坏，其中影响最大的就是所谓的“温室效应”,导致 “温室效应”的最直接原因是CO2气体在大气中含量 的增加。为了保护人类赖以生存的地球的生态环境，
人们已不得不考虑对CO2的控制采取措施。电化学还
原和光电化学还原是转化CO2为有价值的化合物的最 有效途径。
Se/CdSe-Pt修饰电极对CO2还原的光电催化分 析
0.0 -0.4 -0.8
a b
I / mA
-1.2 -1.6 -2.0 -2.4 -2.8 -3.2 -1.4 -1.2 -1.0
E / Vvs.SCE
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
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
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
Se/CdSe-Pt修饰电极的物理表征
(101) *
* Se CdSe
(002) (100) *
(102)
(112) (103) (110) *
(202) *
10
20
30
40
2( )
o
50
60
70
80
Se/CdSe薄膜的XRD
Se/CdSe-Pt修饰电极的光电响应分析
CO2 (g) + 2H+ + 2e → CO (g) + H2O
CO2 (g) + 2H+ + 2e → HCOOH (aq) 2CO2 (g) + 2H+ + 2e → H2C2O4 (aq)
E0 = -0.52 V
E0 = -0.61 V 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：
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，
CO2电化学还原的可能反应途径如下： CO2 (g) + 8H+ + 8e → CH4 (g) + 2H2O CO2 (g) + 6H+ + 6e → CH3OH (aq) + H2O CO2 (g) + 4H+ + 4e → HCHO (aq) + H2O E0 = -0.24 V E0 = -0.38 V E0 = -0.48 V
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
0.02 0.00 -0.02 -0.04
a b
I / mA
-0.06 -0.08 -0.10 -0.12 -0.14 -0.16 -0.8 -0.7 -0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
E / V vs.SCE
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
5
0
a
I / mA
b
-5
-10
-15 -1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0
E / V vs.SCE
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
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分析
a
（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。
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。
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/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
b
2342 1559
1378
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
Wavenumber/cm
-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
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
光电还原产物的定性分析