碳材料和硫、硒掺杂金属材料电化学还原CO2

古铭岚,苏永庆,代灵英,王晗雪,张咪

(云南师范大学 化学化工学院，云南 昆明 650500)

化石燃料已成为全球能源的基础，这也导致大气中CO2的浓度不断增加，全球变暖和水体酸化等问题[1-3]，将CO2封存或资源化将减少工业CO2的直接排放。碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage,CCS)作为处理大量CO2排放的技术[4]，正得到了广泛地关注，然而，CO2捕集是一个必须采取的关键步骤[5-6]，由于技术限制、环境和安全等问题，CCS技术应用远慢于预期。处理CO2的另一种方法是CO2的捕获和利用(CO2Capture and Utilize，CCU)[7]，CCU更倾向于将CO2转化为有价的化工产品，如CH4、CH3OH、C2H5OH等，是一种更加有效和可持续发展的技术。CCU技术中最重要的是分子转化技术，包括化学、光化学、电化学、生物和无机转化。

1 CO2 电化学还原转化

在CCU技术中，电化学还原具有设备简单、占地面积小、操作方便，可在室温下进行、绿色高效等优点，近年来受到世界各国的关注。早在1985年，Hori[8]的研究表明，CO2可以通过在铜电极上的电化学还原转化为乙烯和甲烷。近几十年来，CO2的电化学还原引起了人们的广泛关注，它为将废弃的CO2转化为有机物提供了一种方便的方法[9]。此外，该工艺为化学燃料储能提供了一种潜在的解决方案。在各种CO2转化方法中，电催化CO2还原反应(CO2Reduction Reaction，CO2RR)被广泛认为是一种很有前途的减少全球CO2含量的技术[10]。然而，CO2的高动能势垒以及在水基电解液中产生的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction，HER)等不可避免的竞争反应限制了其适用性[11-12]。CO2RR反应是一个涉及多电子转移的过程，当转移的电子数不同(2～18个)时，对于大多数CO2RR催化材料，反……