电催化还原二氧化碳

J. AM. CHEM. SOC. 2010, 132, 11539–11551
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。
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
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
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
电催化还原二氧化碳
2017.5.23
CO2的电化学还原过程可以通过使 CO2失 去 2e¯、4e¯、6e¯和 8e¯电子来完成。
CO
CO2的电还原过程比较复杂，反应速率较
慢。 在不同的电极材料、还原电位、电解质、
pH 等反应条件下，生成的产物也多种多样。
酸
金属电极 Co、Sn、In、Bi等 Au、Ag、Zn、Pd等 Cu、Cu-Au、Cu-Sn等 Al、Ga、Pt、Fe等 主要产物 甲酸 CO CO、醇、酸、烷烃等 催化效率很低
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 CommunicaБайду номын сангаасions，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
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 电催化还原为甲醇
用碳酸酐酶将二氧化 碳电催化还原为甲醇