电催化还原二氧化碳

电催化还原二氧化碳2017.5.23CO2酸CO醇酯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。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。金属电极主要产物Co、Sn、In、Bi等甲酸Au、Ag、Zn、Pd等COCu、Cu-Au、Cu-Sn等CO、醇、酸、烷烃等Al、Ga、Pt、Fe等催化效率很低金属材料——钯3.7/6.2/10.3nm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.2015,137,4288−4291ACSCatal.2014,4,3091−3095金属材料—铜Phys.Chem.Chem.Phys.,2012,14,76–81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%NatureCommunications，2014，5:3242－3247．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金属材料——Cu/AuCu/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J.Am.Chem.Soc.2012,134,19969−19972JournalofPowerSources252(2014)85-89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/SnOxJ.Am.Chem.Soc.2012,134,1986−1989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Nature.VOL529.7January2016金属/金属氧化物——Co/CoO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金属/金属氧化物——Au/CeOxAu/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.2017,139,5652−5655J.AM.CHEM.SOC.2010,132,11539–11551用碳酸酐酶将二氧化碳电催化还原为甲醇用吡啶盐将二氧化碳电催化还原为甲醇Electrochem.Solid-StateLett.,2011,14,E9–E13导电聚合物、生物酶等面临的挑战：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。