电催化水还原催化剂的研究进展
电催化反应机理的研究进展
电催化反应机理的研究进展电催化反应是一种利用电流驱动催化反应的绿色化学方法。
它具有高选择性、高效率和可控性好等优点，因此在能源转化、环境治理和有机合成等领域具有广阔的应用前景。
近年来，电催化反应机理研究取得了一系列重要的进展。
首先，在能源转化领域，电催化反应机理的研究为高效能源转换提供了新思路。
例如，人们通过研究电催化水分解反应机理，成功开发出了一系列高效的氢气生产催化剂。
这些催化剂能够在低温下实现高效的水分解产氢，具有很大的经济和环境效益。
此外，电催化二氧化碳还原反应也是研究的热点之一。
通过深入研究反应机理，人们已经开发出了一些高选择性和高活性的催化剂，能够将二氧化碳转化为有用的碳氢化合物，为碳资源的高效利用提供了新途径。
其次，在环境治理领域，电催化反应机理的研究有助于改善大气和水环境。
电催化空气污染物净化技术已经取得了一些进展。
通过研究反应机理，人们可以设计高效的催化剂，能够将有害气体如二氧化硫、氮氧化物和有机污染物转化为无毒的化合物。
此外，电催化水处理技术也是研究的重点之一。
通过调控电催化反应机理，人们已经成功开发出了一些高效的催化剂，能够快速降解水中的有害有机物，使水质得到有效净化。
最后，在有机合成领域，电催化反应机理的研究为合成复杂有机分子提供了新方法和新思路。
电催化还原反应和电催化氧化反应已经成为有机合成的重要工具。
通过研究反应机理，人们已经开发出了一些高效的催化剂，能够在室温下实现对有机分子的选择性氧化或还原。
这些催化剂具有高选择性和可控性好的特点，为有机合成提供了新的绿色方法。
总之，电催化反应机理的研究是当前化学界的热点领域之一。
通过深入研究反应机理，可以设计高效的催化剂，实现能源转化、环境治理和有机合成等领域的绿色化学转化。
随着科学技术的不断发展，相信电催化反应机理的研究将为构建可持续发展的社会做出更大贡献。
电催化反应机理的研究不仅在能源转化、环境治理和有机合成等领域得到了广泛应用，还涉及了许多其他重要的研究方向。
电催化氢化还原去除水体卤代有机物研究进展
Electrochtalytic hydrodechlorination reection foe detoxiOchtion of the persistent chlorinated organic pollutants io wateo
JIANG Guang-ming, 5IANG Kon-xin, LHANG Xion-ming
(6)
从电流效率数据Jiang G M等提出催化剂表面 H *的数量是远大于EHDC实际所需，产H *并不是
EHDC反应的决速步骤。在此基础上,Fu W Y等以 TiU-Cd和CAd为模型催化剂，通过实验表征和理
论计算结合,探究其表面产H*、反应动力学、污染
物(2,4-二氯苯酚)吸附活化及产物(苯酚)脱附等
［基层状金属有机框架(NMOF)为载体合成的Pd-
NMOF催化剂，相比于传统Pd-Nl材料，NiMOF的
加入使Pd颗粒被固定在NMOF的Nl配位水分子
上,Pd的分布均匀，分散性增大，活性位点增多，产 H *增强，同时NMOF具有诱导协同效应，可促进对
污染物2,-二氯苯酚的吸附，使电极在EHDC中具 有高活性与高稳定性。Yang L等［/使用新型泡沫
是提升Pd质量活性，减少其使用量最有效的方法。
Lu R等J5］通过合成一维金属Pd纳米线催化剂(直
CO_2电催化还原产物最新研究进展_闫翠红
文章编号：1002-1124（2010）07-0042-04Sum 178No.7化学工程师ChemicalEngineer2010年第7期收稿日期：2010-04-08作者简介：闫翠红（1977-），女，哈尔滨师范大学在读研究生，研究方向：催化材料与催化过程绿色化。
导师简介：蔡清海（1962-），男，教授，主要研究方向：催化化学与材料化学。
随着全球经济的发展，对能源的需求日益增长，大气中CO 2的排放量不断增加。
为有效地缓解“温室效应”、降低大气中CO 2的含量，将CO 2进行回收转化是重要的途径之一[1-4]。
CO 2是碳的最高氧化阶段的产物，从化学变化角度看，它处于很稳定的状态，近乎于“惰性气体”。
因此，寻找一种有效的方法转移CO 2一直是社会关注的焦点。
CO 2作为一种潜在的碳资源，其转化固定方法很多，如高温非均相与均相催化氢化作用、电化学还原、光电化学和光催化还原[5]和CO 2催化共聚等。
其中，利用电化学方法使CO 2还原成有用物质是一条重要的途径。
与化学合成法相比，CO 2电化学还原具有装置投资少，容易扩建，操作简便及含碳副产物含量低等优点。
在CO 2的电化学还原方面的研究，研究者们主要研究方向集中在电极材料与电解质性能的改进上。
最初，工作电极主要选用金属电极（如Hg ，Au ，Pb ，In ，Cd ，Sn ，Zn ），目前，电极的研究热点主要集中在各种金属以及金属氧化物为载体所制作的修饰电极上。
迄今为止，使用过的电极主要有金属电极，气体扩散电极，半导体电极以及修饰电极。
在电解质的研究方向上主要有两方面：水溶性介质与非水溶性介质，在非水溶性介质中有人利用了新型绿色的离子液体做电解质来完成CO 2的电化学转化，但是转化产物收率不高。
介质成分与电极材料的不同决定了CO 2还原产物的不同。
现今主要的研究方向就是利用CO 2的电化学还原制取CO ，HCOOH ，CH 4，C 2H 4，CH 3OH ，HCHO 以及酯类等有机物。
海水电催化分解
海水电催化分解一、引言海水中的水电催化分解是一种重要的海水资源利用技术，旨在实现海水中水资源的净化和氢能源的获取。
随着全球能源需求的不断增长，开发高效、环保的氢能源生产技术成为了研究的热点。
海水电催化分解技术具有原料丰富、无污染等优点，被认为是未来氢能源生产的重要途径之一。
本文将介绍海水电催化分解的原理、催化剂研究进展及其应用前景。
二、海水电催化分解原理海水电催化分解是利用催化剂促使海水中的水电发生分解反应，生成氢气和氧气。
这个过程通常包括两个步骤：第一步是水的氧化反应，生成氧气和氢氧根离子；第二步是氢氧根离子的还原反应，生成氢气和氧气。
反应方程式如下：2H2O → O2 + 4H+ + 4e- （氧化反应）4H+ + 4e- → 2H2 （还原反应）三、催化剂研究进展在海水电催化分解的研究中，催化剂是关键因素。
理想的催化剂应具有高催化活性、稳定性、选择性等特点。
目前，研究者已经发现了多种催化剂，包括金属催化剂、金属氧化物催化剂、复合催化剂等。
1. 金属催化剂金属催化剂是最早被用于海水电催化分解的催化剂之一。
研究者发现，贵金属如铂、钯等催化剂具有较高的催化活性。
然而，贵金属催化剂的成本较高，限制了其广泛应用。
因此，研究者开始寻找更具活性、更低成本的金属催化剂。
2. 金属氧化物催化剂金属氧化物催化剂是一种具有较高催化活性的催化剂。
研究者发现，氧化钌、氧化铱等金属氧化物催化剂在海水电催化分解中表现出较好的催化活性。
此外，金属氧化物催化剂具有良好的稳定性，可以在酸性环境中长时间运行。
3. 复合催化剂复合催化剂是由两种或多种催化剂组成的混合物，具有较高的催化活性和稳定性。
研究者发现，将金属催化剂与金属氧化物催化剂结合使用，可以提高海水电催化分解的效率。
例如，铂/氧化钌、钯/氧化铱等复合催化剂在海水电催化分解中表现出较高的催化活性。
四、应用前景海水电催化分解技术在氢能源生产方面具有广泛的应用前景。
首先，海水电催化分解技术可以使用丰富的海水作为原料，无需额外的水资源供应。
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。
电催化还原废水中硝酸盐制氨的研究进展
电催化还原废水中硝酸盐制氨的研究进展电催化还原废水中硝酸盐制氨的研究进展引言随着工业的快速发展，废水中含有大量的硝酸盐，严重影响水环境的质量。
硝酸盐是一种常见的污染物，具有较高的毒性和氧化性，对生物体和自然生态系统造成严重危害。
然而，硝酸盐也是一种重要的氮源，可以通过电催化反应还原为氨，进一步在农业领域进行利用。
本文将就电催化还原废水中硝酸盐制氨的研究进展进行综述。
电催化还原废水中硝酸盐的原理电化学还原技术是指利用外加电压使废水中的硝酸盐转化为氨的一种方法。
该过程主要基于电极表面的氢气还原反应和硝酸盐的还原反应。
正常情况下，硝酸盐主要存在于废水中，通过外加电压加速电极表面的还原反应，使硝酸盐转变为氨。
这种电催化还原技术具有高效、环保、易于操作等特点，成为废水处理领域的一种重要研究方向。
关键参数的影响因素在电催化还原废水中硝酸盐制氨的过程中，存在一些关键参数会对反应效果产生影响，包括电流密度、电解质浓度、电极材料等。
首先，电流密度是控制反应速率的重要参数，当电流密度过高时，容易引发电极表面的氧化反应，降低氯化氨的产生效率。
其次，电解质浓度会影响溶液的电导率和整体电化学反应的速率。
一定范围内增加电解质浓度可以提高反应速率，但过高的电解质浓度会引起电解质的损耗和环境污染。
此外，电极材料的选择和制备也是影响反应效果的重要因素，常用的电极材料包括铜、银、铁等。
不同的电极材料具有不同的电化学性能和催化活性，因此对于特定反应体系的选择和优化具有重要意义。
技术挑战与发展前景虽然电催化还原废水中硝酸盐制氨技术具有巨大的应用潜力，但仍然存在一些技术挑战需要克服。
首先，高效催化剂的设计和制备仍然是一个关键问题。
当前常用的电极材料在催化效率和稳定性方面仍有一定局限性，需要通过合理组合和表面改性等手段提高催化性能。
其次，反应机理的研究仍然相对不完善。
了解反应机理可以指导催化材料的设计和优化，提高反应效果。
此外，规模化应用和经济性也是技术发展的重要考量。
压电催化技术在能源与环境领域中的研究进展
压电催化技术在能源与环境领域中的研究进展压电催化技术在能源与环境领域中的研究进展引言：压电催化技术是指利用压电效应和催化反应相结合的一种新兴技术，近年来在能源与环境领域中取得了广泛的研究进展。
该技术能够将机械能转化为电能，从而实现能量的收集和转换，并且能够催化产生新的有用化合物。
本文将综述压电催化技术在能源与环境领域中的应用状况，并展望其未来的发展潜力。
一、压电催化技术在能源领域的研究进展1. 压电能量收集与转换压电材料能够在被施加压力时产生电荷分离现象，将机械能转化为电能。
通过设计合适的压电材料和结构，可以实现能量的高效收集和转换。
研究者们发现，利用压电材料制备的压电催化器件能够有效地收集和转换能量，具有很高的能量转换效率。
这为能源回收和利用提供了新的途径，并促进了能源的可持续发展。
2. 压电催化水分解制氢水分解制氢是一种清洁、可持续的氢气生产方法。
近年来，研究者们发现，利用压电催化器件可以实现高效的水分解反应。
在压电材料施加压力时，催化剂表面会发生结构变化，促进了水分子的吸附和解离，从而加速了水分解反应速率。
此外，通过调控压电催化器件的结构和材料属性，还可以改善催化反应的选择性和稳定性。
因此，压电催化技术在水分解制氢领域具有重要的应用潜力。
3. 压电催化CO2还原制备燃料压电催化技术还可以应用于CO2还原反应，将二氧化碳转化为有用的燃料。
借助压电材料的机械能转化为电能的特性，可以提供所需的电子和活性位点，促进CO2的还原过程。
此外，在催化剂和材料的选择上，也对提高催化反应的选择性和效率具有积极的影响。
近期的研究表明，压电催化技术在CO2还原制备燃料方面取得了一定的进展，这为解决CO2排放和实现碳中和具有重要意义。
二、压电催化技术在环境领域的研究进展1. 压电催化有机废水处理压电催化技术可应用于有机废水的高效降解和处理。
通过将压电材料与有效的催化剂结合，可以生成高活性的催化器，并有效地分解和去除有机废水中的污染物。
电催化材料的研究报告
电催化材料的研究报告摘要：本研究报告综述了电催化材料的最新研究进展。
电催化材料在能源转换和储存、环境保护以及其他电化学应用中具有重要的作用。
本报告首先介绍了电催化材料的基本概念和分类，然后重点讨论了金属基、碳基和无机非金属基电催化材料的研究进展，并对其应用前景进行了展望。
1. 引言电催化材料是指在电化学反应中作为催化剂或电极的材料。
它们通过调控电子结构和表面活性位点来促进电化学反应的发生。
电催化材料在氢氧化物分解、电解水制氢、氧还原反应等能源转换和储存过程中发挥着重要作用。
2. 金属基电催化材料金属基电催化材料是最常见和广泛研究的一类电催化材料。
铂基电催化材料由于其优异的电化学活性和稳定性被广泛应用于燃料电池、电解水制氢等领域。
然而，铂基材料的高成本和稀缺性限制了其大规模商业应用。
因此，研究人员致力于开发替代铂基电催化材料，如过渡金属化合物、金属-有机骨架等。
此外，金属基电催化材料的界面结构和形貌调控也是研究的热点。
3. 碳基电催化材料碳基电催化材料是近年来备受关注的研究领域。
碳材料具有丰富的孔结构和高比表面积，能够提供丰富的活性位点。
碳基电催化材料主要包括碳纳米管、石墨烯、多孔碳等。
这些材料在氧还原反应、氢氧化物分解等领域表现出优异的电催化性能。
此外，碳基电催化材料的功能化改性也是提高其催化性能的重要途径。
4. 无机非金属基电催化材料无机非金属基电催化材料具有丰富的元素组成和多样的结构形貌，在电催化反应中也展现出良好的活性。
例如，氮化物、硫化物和磷化物等材料在氧还原反应和电解水制氢中具有潜在应用价值。
此外，无机非金属基电催化材料的合成方法和结构调控也是研究的重点。
5. 应用前景电催化材料在能源转换和储存、环境保护等领域具有广阔的应用前景。
随着清洁能源的发展和需求的增加，对高效、低成本的电催化材料的需求也日益迫切。
未来的研究方向包括开发新型电催化材料、提高催化活性和稳定性、降低成本以及实现大规模商业化应用等。
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过渡金属碳化物和氮化物
WC, W2C, and Mo2C：类贵金属（Pt）性质。
MoN, Mo2N, NiMoNx/C
S. T. Hunt and Y. Rom´an-Leshkov et al. Angew. Chem., Int. Ed., 2014, 53, 5131–5136; W. F. Chen and R. R. Adzic et al. Angew. Chem., Int. Ed., 2012, 51, 6131–6135;
金属及合金催化剂—功能材料杂化
碱性条件下水解离较慢：氧化物或者氢氧化物促进水解离。
R. Subbaraman and N. M. Markovic et al. Science, 2011, 334, 1256–1260; N. Danilovic and N. M. Markovic et al. Angew. Chem. 2012, 124, 12663 –12666; M. Gong, W. Zhou and H. J. Dai, Nat. Commun., 2014, 5, 4695;
过渡金属磷化物
(Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W)xP： 目前非贵金属基最高效的水还原催化剂之一。
P的存在减少了活泼Ni位点， 形成适中的键合能力
Ping Liu and Jose´ A. Rodriguez J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14871-14878；
B. Hinnemann and J. K. Norskov et al. J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 5308–5309; T. F. Jaramillo and I. Chorkendorff et al. Science, 2007, 317, 100–102
过渡金属硫族化物
Ni-Mo-Fe: long term stability and tolerance to electrochemical corrosion
Ni-Mo nanopowders： η @10mA*cm-2 <100mV
1M NaOH
I. Arul Raj and K. I. Vasu J. Appl. Electrochem., 1990, 20, 32–38; I. A. Raj and K. I. Vasu, J. Appl. Electrochem., 1992, 22, 471–477; J. R. McKone, B. F. Sadtler, C. A. Werlang, N. S. Lewis and H. B. Gray, ACS Catal., 2013, 3, 166–169;
制造尽可能多的边位
介孔氧化硅模板： 双螺旋二十四面体 η @10mA/cm2 =150-200 mV
以边为终端的竖直 排列的MoS2膜 j0 = 2.2*10-6 A/cm2,TOF=0.013 S-1
GO稳定纳米MoS2 η onset =100 mV,稳定性好
硫脲加入：更多缺陷
J. Kibsgaard and T. F. Jaramillo et al. Nat. Mater., 2012, 11, 963–969; D. S. Kong and Y. Cui et al. Nano Lett., 2013, 13, 1341–1347; Y. G. Li and J. Dai et al. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 7296–7299; J. F. Xie and Yi Xie et al. Adv. Mater., 2013, 25, 5807–5813;
电催化水还原催化剂的研究进展
1
内容框架
研究背景 电催化水还原的基本原理 金属及合金催化剂 过渡金属化合物催化剂 总结与展望 参考文献
2
研究背景
1800: Nicholson and Carlisle
电催化水还原催化剂——Pt族金属：储量稀少，价格昂贵。
Xiumin Li and Guoqing Guan et al. J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 11973–12000; Peter C. K. Vesborg and Thomas F. Jaramillo RSC Adv., 2012, 2, 7933–7947; 3
过渡金属磷化物
次亚磷酸钠300℃分解作为磷源。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.0M PBS (pH 7)
1.0M KOH (pH 14)
η @10 mA/cm2 =67 mV
pH=0-14范围内较好的稳定性 扩展到FeP和Cu3P的合成
J. Q. Tian and X. P. Sun et al. J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 7587–7590; P. Jiang and X. P. Sun et al. Angew. Chem., Int. Ed., 2014, 53, 12855–12859; J. Tian and X. P. Sun et al. Angew. Chem., Int. Ed., 2014, 53, 9577–9581;
过渡金属磷化物
三辛基磷(TOP)加热到320℃作为磷源。
Ni2P:η @20 mA/cm2 =130 mV CoP:η @20 mA/cm2 =85 mV CoP 活性更好，二者在 碱性中活性都快速衰减 MoP:η @10 mA/cm2 =90 mV WP:η @10 mA/cm2 =120 mV
HER exchange current density (i0) as a function of Pt coverage on WC thin film.
0.5M H2SO4 0.1M HClO4 Daniel V. Esposito and Jingguang G. Chen Energy Environ. Sci., 2011, 4, 3900–3912; Daniel V. Esposito and and Jingguang G. Chen et al. J. Am. Chem.Soc. 2012, 134, 3025−3033; Yagya N. Regmi and Brian M. Leonard et al. J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 10085–10091;
E. J. Popczun and R. E. Schaak et al. J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 9267–9270; E. J. Popczun and R. E. Schaak et al. Angew. Chem., Int. Ed., 2014, 53, 5427–5430; J. M. McEnaney and R. E. Schaak et al. Chem. Mater., 2014, 26, 4826–4831; J. M. McEnaney and R. E. Schaak et al. Chem. Commun., 2014, 50, 11026–11028;
电催化水还原的基本原理
Butler-Volmer方程：
η < 0.005V时
η > 0.05V时
Tafel 斜率
Min Zeng and Yanguang Li. J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 14942–14962; 孙世刚等 厦门大学出版社 物理化学（下），P340-P347;
电催化水还原的基本原理
酸性条件下：
碱性条件下：
Tafel 斜率 决速步骤
118 mV per decade Volmer reaction
39 mV per decade Heyrovsky reaction
29.5 mV per decade Tafel reaction
Xiumin Li and Guoqing Guan et al. J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 11973–12000
金属及合金催化剂—降低贵金属用量
在合适载体 上覆盖单层 贵金属原子
Pt, Pd, or Au on WC, W2C or Mo2C.
Relationship between cost of Pt and overlayer thickness for a planar catalyst configuration.
金属及合金催化剂—降低贵金属用量
贵金属与其他过渡金属形成合金
Computational high-throughput screening for |ΔGH| on 256 pure metals and surface alloys. The rows indicate the identity of the pure metal substrates, and the columns indicate the identity of the solute embedded in the surface layer of the substrate.
稳定性筛选：稳定化自由能
Jeff Greeley and Jens K. Norskov et al. Nat. Mater. 2006, 5, 909-913;
金属及合金催化剂—过渡金属替代
碱性条件下水还原用Ni,不足：催化活性不够高，逐渐失活。 Electrolytic codeposition
过渡金属硫族化物
层状结构: WS2, MoSe2, WSe2, MoS2(1−x)Se2x; 硫铁矿结构：MX2: M = Fe, Co, Ni; X = S, Se;
η
onset=61
mV,酸碱都稳定。
第一周期过渡金属硫族化物
Fengmei Wang and Jun He et al. Nanoscale, 2015, 7, 19764–19788; H. Zhang and X. Sun et al. J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 6306–6310; Desheng Kong and Yi Cui et al. Energy Environ. Sci., 2013, 6, 3553–3558;