CO2熔盐电化学转化碳材料的电化学特性

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。

第50卷第10期 辽 宁 化 工 Vol.50，No. 10 2021年10月 Liaoning Chemical Industry October，2021熔盐电化学转化二氧化碳制备碳材料的研究进展王 鹏（东北石油大学，黑龙江 大庆 163318）摘 要： 温室气体CO2的大量排放导致了众多的环境问题，因此寻找先进的CO2铺集转化技术迫在眉睫。

近年来，熔盐电化学一步法还原CO2制备碳材料技术，揭示了减少CO2排放的潜在解决方案。

利用熔盐电化学还原CO2具有以下优点：高选择性、高效率、低污染以及实现碳中和的可能性等。

重点介绍不同形貌碳产物的合成及应用。

根据改变合成条件，可以高效地获得碳纳米管、碳纳米洋葱和碳球等高附加值纳米碳结构。

对合成参数进行了比较，并对所得碳材料的应用作了简要概述。

此外，还对该技术的前景进行了讨论。

关 键 词：高温熔盐； 二氧化碳； 电化学转化； 碳纳米材料中图分类号：O613.71 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2021）10-1495-04自工业革命以来，由于人为排放，导致大气中二氧化碳浓度急剧上升，WMO最新的《温室气体公报》指出，2019年大气中温室气体含量创历史新高，预计全球温室气体排放量近十年还会不断增加，到2030年都无法达到峰值[1]。

将温室气体CO2转化为有高附加值的化学燃料和功能材料，既有利于能量储存，又有利于CO2减排，实现碳中和的能源循环[2]。

到目前为止，已经提出了许多方法，如光催化还原法[3]、催化氢化法[4]和电化学还原法[5]，来有效利用CO2合成高附加值碳材料。

在CO2捕集转化方面，科研工作者提出了许多方法，例如，在水溶液中电化学还原CO2为碳燃 料[6]。

但由于CO2在水中溶解度较差、析氢反应剧烈、对催化剂的要求复杂，这一方法仍具有挑战 性[7]。

高温熔融具有离子迁移速率快、导电性好和稳定性高等优点，与水溶液相比，提高了反应的选择性和CO2转化效率[8]。

多孔碳材料的熔盐法制备、结构调控及电容性能研究作为一种绿色储能器件,超级电容器具有大的功率密度、好的循环稳定性以及高的安全性等优势,但目前的瓶颈问题是能量密度较低。

为了提高超级电容器的能量密度,设计合成高性能的电极材料具有重要的意义。

碳材料作为基础电极材料,就其理想结构而言,二维片状结构能够缩短电解液离子的传输距离,同时有利于电子的快速传递;分级孔结构能协同发挥作用,介孔可以为电解液离子提供更畅通的传输通道、提高离子传输速率,微孔则可以为电极材料提供更多的活性位点。

但具有分级孔结构的二维片状碳材料的制备目前缺乏绿色高效的手段,其制备过程通常要涉及到大量强腐蚀性试剂或有毒试剂,而且,到目前为止,大多数碳材料的制备都是在惰性气氛下进行的,整个制备过程通常要耗费相当长的时间,这无疑造成了大量惰性气体的浪费以及相应设备成本的提高。

鉴于此,本论文设计构思了以惰性盐为密封、活化双功能介质,在空气气氛中制备多孔碳材料的策略。

基于高温状态下熔融盐对碳产物的刻蚀作用以及盐的模板效应,以及高温下空气气氛中的氧气与高活性的碳原子反应,本研究选择生物质为前驱体,来构筑具有分级孔结构的二维碳片材料,并系统研究材料的电容性能。

论文主要内容如下:（1）以富含蛋白质的三叶草为前驱物,惰性盐KCl为密封、活化双功能介质,在空气气氛中制备了氮掺杂多孔碳材料。

由于高温状态下熔融盐对碳产物的刻蚀作用以及盐的模板效应可以在产物中引入介孔和大孔,同时高温下空气气氛中的氧气能进一步与高活性的碳原子反应,在产物中引入大量的微孔,所制备的二维片状结构碳材料具有高的比表面积(2244 m²g^-1),充足的大孔、介孔和微孔以及丰富的氮掺杂。

应用于超级电容器电极材料时,薄的二维结构缩短了离子传输距离,丰富的介孔为电解液离子提供了方便的传输通道,大量的微孔为电荷提供了丰富的离子吸附位点,氮原子掺杂改善了电极材料的浸润性并提供赝电容。

co2合成碳纳米管方法
合成碳纳米管是一种重要的纳米材料制备方法，其中CO2作为碳源可以通过多种途径用于碳纳米管的合成。

以下是一些常见的CO2合成碳纳米管的方法：
1. 热解法，CO2可以与碳源（如甲烷、乙烷等）在高温下进行热解反应，生成碳原子，然后在催化剂的作用下形成碳纳米管。

这种方法需要高温和催化剂的作用，能够在较短的时间内合成纯净的碳纳米管。

2. 化学气相沉积法（CVD），在CVD过程中，CO2可以作为碳源气体，与氢气或其他气体一起通过催化剂在高温下反应，生成碳纳米管。

这种方法可以控制碳纳米管的尺寸和形态，适用于大面积的碳纳米管合成。

3. 水热法，CO2可以与还原剂（如葡萄糖、甘油等）在高温高压水热条件下反应，生成碳纳米管。

这种方法相对温和，可以在水相中进行碳纳米管的合成，且对环境友好。

4. 电化学法，CO2可以在电解池中通过电化学反应产生碳源，
然后在电极表面或电解液中形成碳纳米管。

这种方法可以实现可控
的碳纳米管合成，且对能源可持续性具有潜在的积极影响。

总的来说，CO2合成碳纳米管的方法多种多样，每种方法都有
其独特的优点和适用范围。

未来随着技术的进步和环保意识的提高，CO2作为碳源合成碳纳米管的方法将会得到更多的关注和研究。

电化学二氧化碳还原
电化学二氧化碳还原是一个新兴的技术，可将二氧化碳（CO2）
还原成可再利用的含有碳元素的产物。

它是一种技术，可将气态
二氧化碳分解、固定和利用，可用于生物、化学和工业制造上用途。

二氧化碳还原对环境保护和改善具有重要意义，可以将大量自然
界积累的碳分解、固定，减少CO2在大气中的含量，并使CO2
脱离大气环境，减少温室效应、改善空气质量和减少酸雨。

它可
以转化为碳循环的有机材料，以便存储，长期地把碳固定在有机
物中，减少CO2对环境的不良影响。

二氧化碳还原过程中，铂催化剂和电极可以激发还原反应，使二
氧化碳分子能够与另外的原料发生反应，从而产生含碳的有机物，被称为碳氟化物。

碳盐和碳源是反应的催化剂，可让CO2的原子以新的凝聚形式与其它原料结合，从而制备碳氟化物。

电化学二氧化碳还原技术一方面可以抑制和减少CO2排放，另一方面可以产生多种有用的有机产物，例如，氢气、甲醇和各种烃类，作为可再生化学原料。

因此，电化学二氧化碳还原既属于清洁能源开发技术，又可以降低温室气体排放，促进能源高效利用，实现可持续发展，值得深入研究和发展。

用于电化学二氧化碳转化
电化学二氧化碳转化是一种利用电化学方法将二氧化碳转化为有用化合物的技术。

这种技术可以帮助减缓温室气体的排放，并将二氧化碳转化为可以再利用的化学品或燃料。

在电化学二氧化碳转化中，通常使用电解池来进行反应。

这个电解池包含一个阳极和一个阴极，在二氧化碳溶液中施加电流。

当电流通过二氧化碳溶液时，会发生氧化和还原反应，导致二氧化碳转化成其他化合物。

一种常见的电化学二氧化碳转化是将二氧化碳转化为碳酸盐或碳酸。

这可以通过在阳极上进行氧化反应来实现。

另一种常见的转化是将二氧化碳还原为碳氢化合物，如甲烷或乙烯。

这可以通过在阴极上进行还原反应来实现。

为了提高电化学二氧化碳转化效率，研究人员正在探索各种催化剂和电解条件。

催化剂可以加速反应速率，并提高选择性，从而使得转化过程更加高效。

此外，优化电解条件，例如溶液浓度、温度和电流密度，也可以提高反应效率。

电化学二氧化碳转化有着广阔的应用前景。

通过将二氧化碳转化为有机化合物或燃料，可以减少对传统化石燃料的依赖，并实现资源的循环利用。

此外，在工业领域中，电化学二氧化碳转化可以用于处理工业废气中的二氧化碳，从而减少环境污染。

总之，电化学二氧化碳转化是一项具有潜力的技术，可
以帮助减缓气候变化并实现可持续发展。

通过进一步的研究和创新，我们可以开发出更高效、经济可行的方法来利用二氧化碳资源。

专题11 电化学及其应用考纲解读三年高考分析1、理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

2、了解常见化学电源的种类及其工作原理。

3、了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

电化学是高考必考内容，主要以选题的形式出现，还会在化学反应原理或化工流程题中考查电极名称和电极反应式的书写。

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H2+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2．[2019新课标Ⅲ]为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn（3D−Zn）可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D−Zn—NiOOH二次电池，结构如下图所示。

电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)−−−→←−−−放电充电ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。

下列说法错误的是A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)+OH−(aq)−e−NiOOH(s)+H2O(l)C．放电时负极反应为Zn(s)+2OH−(aq)−2e−ZnO(s)+H 2O(l)D．放电过程中OH−通过隔膜从负极区移向正极区3．[2019天津]我国科学家研制了一种新型的高比能量锌−碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。

图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。

下列叙述不正确．．．的是A．放电时，a电极反应为I2Br−+2e−=2I−+Br−B．放电时，溶液中离子的数目增大C．充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02mol I 被氧化D．充电时，a电极接外电源负极4．[2019江苏]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。

二氧化碳电化学还原概述二氧化碳（CO2）电化学还原是一种将CO2转化为高附加值化学品的技术，它可以减少CO2的排放并促进可持续发展。

电化学还原是通过在电极上施加电压来引发氧化还原反应，将CO2从气体相转化为液体或固体产品。

CO2电化学还原的研究起源于20世纪50年代，当时科学家们开始探索将CO2作为一种廉价的原料转化为化学品的可能性。

然而，由于CO2分子的化学稳定性和高能量要求，这项技术的发展进展缓慢。

近年来，随着环境问题和可再生能源的重视，CO2电化学还原引起了越来越多的关注。

CO2电化学还原的关键是选择合适的电催化剂，以降低CO2的能垒并提高反应效率。

常用的电材料包括贵金属（如银、金、铜等）、过渡金属（如镍、铁等）以及有机分子（如多孔材料、碳纳米管等）。

贵金属是高效的CO2电催化剂，但存在成本高和资源稀缺的问题，因此研究人员一直在寻找更低成本的替代品。

CO2电化学还原的挑战之一是选择合适的溶液体系和电解质，以提供足够的反应活性和选择性。

一种常用的溶液体系是含有碱金属离子（如Na+、K+等）的溶液，它可以提供高电子导电性和电化学反应的碱度。

然而，这种体系中也存在碱金属的沉积问题，需要通过合适的电极材料和工艺进行有效地控制。

除了选择合适的电催化剂和溶液体系，CO2电化学还原还需要考虑反应动力学和传递过程等因素。

研究人员通过改变电极形貌、调节电解质浓度等方法来提高CO2电化学还原的效率和选择性。

此外，使用催化剂表面修饰、核-壳结构和多孔材料等技术，也有助于提高CO2电化学还原的效果。

目前，CO2电化学还原技术仍处于研究和开发阶段，尚未实现大规模商业化应用。

然而，随着科学家们对CO2电化学还原机理和反应动力学的深入理解，相信其可持续发展的前景是乐观的。

潜在的应用领域包括能源存储、化学品合成和环境保护等。

通过进一步研究和工程实践，CO2电化学还原有望成为一种可持续发展的解决方案，为减少碳排放和实现低碳经济做出贡献。

熔盐法二氧化碳还原和氧还原双功能电催化是一种先进的能源转化技术，它结合了二氧化碳还原和氧还原两种反应，以实现高效的能源利用和减少碳排放。

熔盐法是一种通过使用熔融盐作为电解质和反应介质的方法。

在熔盐法中，二氧化碳和氧气分别作为反应物，通过电化学反应被还原为相应的产品。

熔盐法二氧化碳还原是一种将二氧化碳转化为燃料或其他化学品的反应。

在电化学反应中，二氧化碳被还原为碳或一氧化碳等燃料，同时释放出电能。

这种反应可以有效地减少二氧化碳排放，并实现能源的回收利用。

氧还原双功能电催化则是一种将氧气还原为水的反应。

在电化学反应中，氧气被还原为水，同时释放出电能。

这种反应可以用于产生氢气等清洁能源，并减少对化石燃料的依赖。

熔盐法二氧化碳还原和氧还原双功能电催化的结合可以实现高效的能源转化和减少碳排放。

这种技术可以应用于可再生能源领域，如太阳能、风能等，以实现能源的高效利用和减少对环境的影响。

需要注意的是，熔盐法二氧化碳还原和氧还原双功能电催化技术仍处于研究和发展阶段，需要进一步的研究和实验验证才能实现商业化应用。

阐述催化领域里对新型炭材料的运用及进展摘要：新型炭材料的出现极大的解决了各行各业在发展中对碳材料的使用需求，同时在催化领域中新型炭材料的使用也多有建树。

因此，本文将针对新型炭材料在催化领域内的运用与进展进行简要分析。

关键词：ACF（活性碳纤维）；新型炭材料；催化剂引言：碳材料具有良好的物理、化学性质，在工业发展中常被用作催化剂或催化剂载体。

以此为基础，做好新型炭材料在催化领域中的运用、发展研究，有助于提高新型炭材料利用价值，促进催化领域健康发展。

（一）新型碳材料在催化领域中作为催化剂的具体运用1、催化氧化脱氢反应分析该反应主要特点即放热，要想确保化学反应科学性、可行性，氧化剂可采取铁、钴等混合氧化物配置，但实际使用时混合氧化物会被诸多因素制约，如金属催化剂稳定性差、污染严重等，所以为了实现催化氧化脱氢反应绿色、清洁发展目标，应做好新催化剂研发、运用，以此将金属催化剂替代。

2、催化氧化还原反应分析新型碳材料研发期间，发现氮掺杂介孔碳是多孔结构，内部富含氮、氧等杂原子，能使AC赝电容、电催化等性能明显改善，且在碱性条件下的AC表现出的氧还原活性、稳定性相对较强。

所以，在环保、可再生催化材料选用中可以氮掺杂介孔碳为主，且燃料电池等新领域中其依旧具有较大能效。

同时，制备该材料时若选用ZnCl时，可将石墨型、吡啶型等氮物质镶嵌到碳分子骨架上，此时材2料的氧化还原活性、稳定性会明显提升，该材料被氨气处理后，还可使材料表面氮官能团个数变多，同时将材料表面氧官能团位置占据，由此提高了材料吸附力及氮掺杂介孔碳催化活性、选择性，且投入催化氧化还原反应使用时的催化性能十分突出。

3、其它化学反应中新型碳材料的运用除氧化反应等中可以使用新型碳材料外，酯化反应、氢-氘交换反应也可运用。

研究发现，以传统制备、运用新型碳材料的经营为基础，合成乙醇胺衍生物与Zn2+、Cu2+等配合物及二胺衍生物和Zn2+、Fe3+、Cu2+配合物，探针材料选择4-氨基安替吡啉等实施化学反应，观察结果发现此类配合物催化活性较高，能回收利用、减少化学反应成本、改善化学反应效率等。

电化学还原co2的原理
电化学CO2还原（Electrochemical CO2 Reduction）是一种可以
将二氧化碳（CO2）转化成有用的化学物质（包括烯醇、酮类、醇类和
醛类）的过程。

它建立在电化学反应的基础上，利用带负电荷的离子
流以及电位来还原CO2，使其以液体形式表现出一定种类的有机物，有
助于能源产业和工业发展。

电化学还原CO2的原理是根据催化剂选择
和电位设置来控制CO2的还原反应而决定的。

首先，参与还原的CO2原子必须在电气层面的表现上受到离子的
吸引。

然后，CO2原子必须被还原，两个原子之间的氧-碳键必须被打断，形成一个可以被电荷驱动的中间产物。

最后，CO2的还原物质被还
原形成具有某种性质的有机物质，形成有效的部分化合物。

为了实现这一过程，电化学CO2还原使用不同类型的催化剂，如
金属和氧化物，以及电极来还原CO2。

由于CO2是一种非导体，因此电
极可以将CO2转换为有机物质，而催化剂则可以促进CO2的还原反应，提高CO2的还原效率。

最后，电位的调整也是电化学CO2还原过程中一个重要的因素。

电位决定了CO2在电极上的理论还原反应愿意度，只有当这种愿意度
足够高时，CO2才有可能被还原成具有某种特性的有机物质。

因此，在
电化学CO2还原中，电极和催化剂与电位之间的协同作用十分重要，
从而促进CO2的有效还原。

co2电化学转化利用发展方向
CO2电化学转化利用的发展方向主要包括以下几个方面：
1. 选择性还原CO2：目前CO2电化学还原主要产生一氧化碳(CO)和甲酸(HCOOH)等产品，但随着催化剂的研发和改进，将来可能实现对CO2的选择性还原，制备一些高值化合物，如甲醇、甲醛等。

2. 电化学合成有机化合物：利用CO2电化学还原技术，可以将CO2和其他小分子反应，合成更有价值的有机化合物，如醇类、酯类等。

这些有机化合物具有广泛的应用领域，可以用作燃料、化工原料等。

3. 燃料电池应用：将CO2直接转化为电能，用于驱动燃料电池或储能系统。

这种方法可以实现CO2的有效利用和储存，同时解决可再生能源（如太阳能、风能）的不稳定性和间歇性问题。

4. CO2电解制备化学品：通过电解将CO2和水反应，产生有机化合物，如甲酸、乙烷和乙醇等。

这种方法可以利用再生能源（如太阳能、风能）催化CO2转化为有机化合物，实现碳中和和可持续发展。

5. 催化剂研发和提升效率：目前CO2电化学转化的效率还比较低，需要开发更高效的催化剂和改进电化学装置，提高转化效率和产物选择性。

此外，还需要优化电极材料，提高电化学催化活性和稳定性。

总之，CO2电化学转化利用的发展方向主要包括选择性还原CO2、电化学合成有机化合物、燃料电池应用、CO2电解制备化学品以及催化剂研发和提升效率等。

这些方向将推动CO2电化学转化技术向更加高效、可持续和环保的方向发展。

电催化还原CO2为低碳烃的技术研究随着人们对环境保护的重视和对能源资源的需求不断增加，低碳经济已经成为了当下的热门话题。

为了实现低碳经济模式的建立，科学家们一直在探索各种途径，其中，电催化还原CO2为低碳烃的技术备受关注。

一、什么是电催化还原CO2为低碳烃电催化还原CO2为低碳烃，也被称为电化学还原二氧化碳，是一种利用电化学反应将CO2还原为低碳烃的方法。

其中，电化学反应是指在电极上发生的化学反应，是将化学能转化为电能或将电能转化为化学能的过程。

电催化还原CO2为低碳烃的方法利用电解水解CO2的过程，在电解过程中，CO2和水会被分解成一定量的氧气、氢气和低碳烃。

这种方法可以实现让二氧化碳的排放变得有用，有助于提高资源利用率和环境保护。

二、电催化还原CO2为低碳烃技术研究的进展电催化还原CO2为低碳烃的技术研究不是一朝一夕的事情。

科学家们一直在探索各种途径，以实现这一目标。

目前，研究员已经发现了一些先进的技术，主要包括金属催化解质、纳米催化剂、烷基化反应、光电化学反应、固定床反应、气相光催化反应等。

这些技术能够高效地利用二氧化碳，同时还能够促进石油和天然气的减少。

三、电催化还原CO2为低碳烃的应用前景电催化还原CO2为低碳烃的技术对于解决气候变化和能源短缺问题具有重要意义。

随着技术的不断进步，这项技术将有望成为实现低碳经济的关键技术之一。

据预测，在未来的数十年内，这项技术将会被广泛应用。

科学家们相信，电催化还原CO2为低碳烃技术将为实现能源安全和环境可持续发展做出更大的贡献。

四、结论电催化还原CO2为低碳烃技术是当今最受关注的环保技术之一。

科学家们在不断地探索这项技术，并且取得了一系列显著的研究成果。

这项技术将为我们实现低碳经济模式的建立和能源安全做出巨大的贡献。

我们期待这项技术能够尽快在更广泛的领域得到应用，使我们的星球变得更加美好。

电化学CO2还原的反应机理与催化随着人类活动的不断增加，CO2 的排放量也不断增加，已经成为全球变暖和气候变化的主要原因之一。

因此，研究如何减少CO2 排放和利用CO2 已成为当今科学界和工业界研究热点之一。

电化学CO2 还原技术是一种将CO2 转化为高值化学品的新型技术，也是可持续发展的重要方向。

本文将介绍电化学CO2 还原的反应机理和催化。

一、反应机理CO2 还原反应是指将CO2 转化为其他化合物的过程，这个过程需要提供外部能量。

CO2 还原反应的反应式如下：CO2 + H2O + 2e- → CH3OH + O2CO2 + H2O + 2e- → CO + 2OH-CO2 + 2e- → COCO2 + 4H+ + 4e- → CH4 + 2H2O电化学CO2 还原反应的关键是如何将吸收的电子和质子转化为有机产品，反应机理通常包括多步反应。

CO2 还原反应的中间产物可能包括*CO, *HCOO, *HCO, *CHO, *CH3O 和*CH3 等键合物。

这些中间产物的生成和消耗速率是决定反应过程的关键。

二、催化剂因为CO2 还原反应需要外部能量，所以电化学CO2 还原反应需要催化剂。

目前，常用的CO2 还原催化剂主要包括贵金属、过渡金属、氮化物和碳质材料等。

1、贵金属催化剂贵金属催化剂具有较好的活性和选择性，能够高效地将电子传递到CO2 气体分子中，促进CO2 还原反应。

常用的贵金属催化剂包括银、铜、金、铂、钯和铑等。

其中，银和铜是最常用的CO2 还原催化剂。

2、过渡金属催化剂过渡金属催化剂是指那些能够促进电化学CO2 还原反应的氧化还原态过渡金属离子和它们的离子化合物。

常见的过渡金属催化剂包括铁、钴、镍、铬、锰、钼和钒等。

3、氮化物催化剂氮化物催化剂是指那些由氮元素和金属元素组成的化合物。

这些催化剂具有较好的电化学稳定性和较高的电化学活性，能够有效促进CO2 还原反应。

常见的氮化物催化剂包括氮化硼、氮化铝、氮化钛和氮化钒等。

第51卷第5期 辽 宁 化 工 Vol.51，No. 5 2022年5月 Liaoning Chemical Industry May，2022二氧化碳转化制备高附加值化学品的研究高哈尔·努拉里1，肯杰别克·赛力克汗2（1. 新疆应用职业技术学院化工技术系, 新疆 奎屯 833200；2. 新疆独山子石化公司聚烯烃一部，新疆 独山子 833699）摘 要：二氧化碳气体排放量的增加，导致温室效应的现象加剧，进而使人们面临着环境的重大难题。

二氧化碳中含有丰富的碳源，且成本较低，因此可以利用将二氧化碳转化成其他含碳物质的方式，将二氧化碳资源合理的循环利用。

工业上可通过利用化学法方式将其转化为含碳化学品，实现二氧化碳高价值化利用。

基于此，从酶转化与化学转化两个方面出发，综述了近几年来国内外在二氧化碳高价值转化利用方面的最新研究，总结了其在转化方面与相对应的有效策略。

关 键 词：二氧化碳; 制备; 高附加值; 化学品中图分类号：X701 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2022）05-0719-03随着现代工业的崛起，其产生的二氧化碳的量也在不断地升高。

二氧化碳是一种容易引发温室效应的温室气体，在2020年全球二氧化碳排放量为567亿t，而我国的二氧化碳排放量大约在131亿t[1-3]。

随着科技的发展，人们对于二氧化碳的污染问题仍是越来越深入，二氧化碳含有丰富的碳资源，因此可以对它进行化学处理，使它转化成人们可利用的化学品，通过二氧化碳的捕获封存、转化、还原等技术，实现对二氧化碳的高效利用，最能满足当前工业发展的需要，又能实现二氧化碳的有效减排[4-5]。

1 酶催化法转化二氧化碳1.1 催化反应机理二氧化碳在生命体内进行固定与转化是生命生产的基础，其在包内进行转化的途径包括：卡尔文、还原性柠檬酸路径、还原性乙酰辅酶a路径、三羟基丙酸路径、三羟基丙酸四-羟基丁酸路径、二羧酸四羟基丁酸路径，而没在二氧化碳的转换过程中起着重要作用，这些代谢的途径为二氧化碳的固定提供了体外没法转化反应体系的建立推动。

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。

电催化二氧化碳还原co 原位红外斯塔克效应-回复电催化二氧化碳还原（Electrocatalytic CO2 Reduction）是一种重要的技术，可以将二氧化碳转化为有用的化学品，如甲烷、乙醇和丙烯等。

在这个过程中，电催化剂起到了关键的作用。

在研究电催化二氧化碳还原的过程中，原位红外光谱（In Situ FTIR Spectroscopy）被广泛应用于研究反应机理，而斯塔克效应（Stark Effect）则帮助揭示了电子转移过程中的相关信息。

本文将一步一步回答关于电催化二氧化碳还原、原位红外和斯塔克效应的问题。

首先，我们来了解一下电催化二氧化碳还原的原理。

二氧化碳是一种温室气体，对环境产生了严重的影响。

因此，将二氧化碳转化为有用的化学品是一种应对气候变化和能源危机的重要途径。

电催化二氧化碳还原是使用电能作为驱动力，将二氧化碳和水转化为有机化学品的过程。

在这个过程中，电催化剂作为催化剂起到了关键的作用。

接下来，我们来了解一下原位红外光谱在研究电催化二氧化碳还原中的应用。

原位红外光谱是一种研究化学反应机理的强大工具。

它可以在反应过程中实时监测反应物和产物之间的化学键变化，帮助研究人员了解反应机理。

在电催化二氧化碳还原研究中，原位红外光谱可以用来监测催化剂表面上发生的化学反应，提供了关于反应物吸附、键断裂和中间体形成等方面的有用信息。

最后，我们来了解一下斯塔克效应在电催化二氧化碳还原中的应用。

斯塔克效应是一种电子转移过程中的现象，也被广泛应用于研究电催化反应。

斯塔克效应通过改变外加电场的方向和大小，可以调控电子在催化剂表面的分布和活性。

在电催化二氧化碳还原中，斯塔克效应可以帮助我们了解电子转移的机制和反应的动力学性质。

通过研究斯塔克效应，可以优化催化剂的设计和改进反应效率。

综上所述，电催化二氧化碳还原是一种重要的技术，可以将二氧化碳转化为有用的化学品。

在研究中，原位红外光谱和斯塔克效应被广泛应用于揭示反应机理和优化催化剂设计。

电化学易错专题训练 4.1单项选择题1. 下列有关钢铁的腐蚀和防护的说法中错误的是A ．钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀负极反应相同，正极反应不同B ．镀锌铁皮和镀锡铁皮破损后，前者铁更易被腐蚀C ．将铁件与电源负极相连，可实现电化学保护D ．插入海水中的铁棒，靠近水面的位置腐蚀最严重2.香港城市大学科研人员开发一种电极材料CuTABQ （四氨基苯醌铜）可实现高效率地将硝酸根转化为氨，工作原理如图所示。

下列叙述错误的是( ) A.装置工作时将化学能转化成电能 B.一段时间后，电极b 附近溶液pH 降低D.每生成17g 3NH 时有9mol OH -由膜R 的左侧向右侧迁移3.科研工作者利用如图所示装置除去含NaCl 废水中的尿素[()22CO NH ]。

下列说法错误是 A.b 为直流电源的负极 B.工作时，废水中NaCl 的浓度保持不变 C.工作时，N 极区NaCl 溶液的质量基本不变 D.若导线中通过6mol 电子，则理论上生成1mol 2N4.一次性纸电池加水就可以激活，可用来驱动低功率电子器件，其基本结构如图所示，下列说法错误的是( )A.用乙醇代替水也可以激活该电池B.“油墨混有锌粉”为电池的负极C.正极电极反应式：22O 4e 2H O4OH --++D.激活时水用量过多浸没电池，可能造成电源无法正常工作5.在直流电场作用下双极膜中间层中的2H O 解离为H +和OH -，并分别向两极迁移。

如图所示装置，可将捕捉的二氧化碳转化为3CaCO 而矿化封存，减少碳排放，同时得到氧气、氢气、高浓度盐酸等产品。

下列说法正确的是( )A.电极a 的电势高于电极b 的电势B.两个双极膜中间层的OH -均向右移动C.去掉双极膜，两极的电极反应式不变D.电极b 为阴极，电极反应式为222H O 2eH 2OH --+↑+6.最新研究发现一种“氧介导电化学pH 变化”系统，通过调节海水的pH 去除海水中2CO ，电化学原理为2Bi 3AgCl H OBiOCl 3Ag 2H 2Cl +-+++++放电充电，甲系统放电时的原理如图所示，该装置可实现充放电交替运行，达到节约成本的目的；碱化的海水继续吸收空气中的2CO 可缓解温室效应。

二氧化碳是一种被广泛关注的温室气体，其在大气中的过量排放对地球环境和人类健康都构成了严重的威胁。

在当今的科技发展趋势下，人们对于将二氧化碳转化为有用的碳纳米材料的研究愈发重视。

碳纳米材料具有许多出色的特性，例如高强度、导电性和化学稳定性，因此它们在电子、材料和生物医学领域都有着广泛的应用前景。

那么，关于将二氧化碳转化为碳纳米材料的方法，目前研究领域都有哪些突破性的进展呢？接下来将从化学还原法、电化学还原法和生物还原法三个方面进行介绍。

1. 化学还原法化学还原法是目前转化二氧化碳为碳纳米材料的一种主要方法。

在化学还原过程中，常用的还原剂包括金属钠、金属锂、氢气等，这些还原剂在与二氧化碳反应后可生成碳纳米材料。

化学还原法制备的碳纳米材料具有结构简单、制备工艺成本低廉等优点，适用于大规模生产。

2. 电化学还原法电化学还原法是利用外加电压将二氧化碳还原为碳纳米材料的一种技术。

通过在电极上施加一定电压，可以促使二氧化碳的还原反应，生成碳纳米材料。

与化学还原法不同的是，电化学还原法能够实现对产物形态和结构的精密调控，从而制备出具有特定性能的碳纳米材料。

3. 生物还原法生物还原法是指利用微生物或其代谢产物将二氧化碳转化为碳纳米材料的一种方法。

微生物在代谢过程中产生的酶或其他生物催化剂具有高效、选择性等特点，能够实现对二氧化碳的高效转化。

生物还原法被认为是一种环境友好、高效能的二氧化碳转化方法，具有较大的应用潜力。

总结起来，化学还原法、电化学还原法和生物还原法是目前二氧化碳转化为碳纳米材料的三种主要技术途径。

在未来的研究中，我们期待通过对各种方法的深入研究和技术改进，实现对二氧化碳高效、可持续的转化，进一步推动碳纳米材料领域的发展。

经过长期的研究与实践，二氧化碳转化为碳纳米材料的方法已经取得了一些重要的突破性进展。

这些方法不仅提高了碳纳米材料的制备效率和性能，也为解决二氧化碳排放和资源再利用等环境与能源问题提供了新的思路和技术支持。