二氧化碳的电化学还原
碱性电化学还原二氧化碳方程式
碱性电化学还原二氧化碳方程式
碱性电化学还原二氧化碳方程式是指用电流将二氧化碳还原成碳氢化合物的反应，其反应方程式为：
CO2 + 2H2O + 2e- → CH3OH + 2OH-
其中，CO2表示二氧化碳，H2O表示水，e-表示电子，
CH3OH表示甲醇，OH-表示氢离子。
碱性电化学还原二氧化碳的反应过程可以分为三个步骤：
第一步：电子转移反应
CO2 + 2H2O + 2e- → CO2- + 2H2O
其中，CO2-表示二氧化碳的碳酸根离子，H2O表示水。
第二步：碱性水解反应
CO2- + 2H2O → HCO3- + OH-
其中，HCO3-表示碳酸根离子，OH-表示氢离子。
第三步：碱性电子还原反应
HCO3- + 2e- → CH3OH + 2OH-
其中，CH3OH表示甲醇，OH-表示氢离子。
以上就是碱性电化学还原二氧化碳的反应方程式及其反应过程。
碱性电化学还原二氧化碳反应是一种可以将二氧化碳转化为有用的碳氢化合物的反应，可以用来生产甲醇等有机物，具有重要的应用价值。
【2019-2020年整理】二氧化碳的电化学还原
2. Se/CdSe-Pt纳米薄膜修饰电极 对CO2的光电催化性
本部分利用电化学方法在铂电极上沉 积了Se/CdSe纳米薄膜，并研究了该纳 米薄膜修饰电极对CO2的光电催化还原， 为进一步优化二氧化碳的光电化学还 原提供依据。
Se/CdSe-Pt修饰电极的物理表征
Se/CdSe修饰电极的SEM照片
CO2电化学和光电化学还原的发展趋势
今后 CO2电化学和光电化学还原的研究将更多地集中在以下几个方面： （1）将更多地采用有机溶剂溶解CO2并且利用低温技术 （2）电极采用不同的金属，金属氧化物及合金并控制反应温度以选 择生成物 （3）利用气体扩散电极增加CO2的压强促进反应 （4）利用有机络合物多层膜修饰电极，使产物为更复杂的有机物 （5）对于光电化学还原，反应装置的设计能够大规模地聚集太阳光， 使之能充分利用光能。 （6）研究高效的分离技术，使得产物最好能及时从反应体系中分离 出来。
UV-Vis 漫反射分析
CuO/TiO2粉末紫外-可见吸收光谱
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分 析
I / mA
5
0
a b
-5
-10
-15
-1 .4
-1 .2
-1 .0
-0 .8
-0 .6
-0 .4
-0 .2
0 .0
E / V vs.S C E
CuO/TiO2修饰Cu电极在饱和了CO2的0.1 M KHCO3电解液的循环伏图 a： 暗态 b：光照
小结
1.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原表现较高的活性，还原的起始电位在-0.63 V。 2.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原为羧酸类和醇类小分子有较好的选择性。 3. 制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电 催化还原有较好的稳定性。
电化学二氧化碳还原
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。
二氧化碳电化学还原[优质PPT]
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Saveant 等人分别在一价离子（Li+，Na+）和二价离子（Mg2+，Ga2+，Ba2+）的电解 质中用铁(0)卟啉作为催化剂进行了 CO2 电还原。 通过实验他发现不同电解质中催化活性的顺序为 Mg2+=Ga2+>Ba2+>Li+>Na+。
3 镍（Ni）、铁（Fe）、铂（Pt）等
这类金属催化剂由于自身析氢过电位较低，所以主要产物为 H2；
4 铜（Cu）
研究表明铜箔在不同的条件下可以产生 16 种不同的 CO2 电还原产物，并且因为其 独特的电催化性能在反应过程中可以吸附和转化中间产物*CO，所以产物主要以 甲烷（CH4）和乙烯（C2H4）为主。
02 金属氧化物表现出更好的催化活性 MoO2 在乙腈和二甲基甲酰胺等有机溶剂中能够表现出 较强的 CO2 还原催化活性，Oh 等人发现 MoO2 在乙腈 与四丁基六氟磷氨酸（TBAPF6）中 CO2电还原的初始 点位小于 0.2 V，并且反应在-20℃下比在室温下表现出 更强的催化活性。
Chen Y., Kanan M. W. Tin oxide dependence of the CO2 reduction efficiency on tin electrodes and enhanced activity for tin/tin oxide thin-film catalysts [J]. Journal of the American Chemical Society, 2012, 134(4): 1986-1989.
02 2 氧化金属催化剂
01 金属氧化物比金属单质拥有更高的电流密度和 基底上电沉积了一层 SnOx 薄膜， 通过测试发现相较于纯的锡箔拥有更独特的催化性能，与在表 面自然生长一层 SnOx 的 Sn 电极相比前者的电流密度是后者的 8 倍，并且法拉第效率也达到了 4 倍的提升。
二氧化碳电化学还原
01
产物为一氧化碳
CO2首先在催化剂表面发生还原吸附， 进而引发形成-COOH中间体．最后通过 另一电子质子对的进一步还原使-COOH 中间体从电极上解吸，生成最终产物CO 和H2;
产物为甲醇
从反应历程上看，关键中间体CH3O+的 质子化导致甲醇分子的最终形成;
产物为甲酸及甲酸盐
通过配体约束生长制备了4个原子厚度的超 薄Co纳米片与块状样品相比，CO2电还原过 程中纳米薄片表面的Co原子产生了更高的本 征活性和选择性在较低的过电位(0.24 V)下 产生甲酸根,生成甲酸盐的法拉第效率接 近 90％;
除了阳离子一些研究显示电解质中的阴离子也会影响CO2电还原反应
在Na2SO4的电解质中Sn作为催化剂进行了CO2电还原，FE达到了95%。然而在相同化学 条件下在KHCO3的电解质中FE只有63%。
03
CO2RR电解质-离子溶液
01 提高电极表面对于CO2的吸附能力
02 降低反应势垒断开C=O键
03 提高电流密度
04 SOEC
氢电极反应：2CO2+4e→2CO+2O2- （1） 2H2O+4e→2H2+2O2- （2）
氧电极反应：4O2-→2O2+8e （3） 总的电池反应式：H2O+CO2→H2+CO+O2 （4）
SOEC的优势：
固体氧化物电解池（SOEC）技术可以通过电解水制 H2，共电解水和 CO2制合成气。SOEC 高的操作温度能够降低电解过程的电能需求，从 而降低制氢和合成气成本，也提高了电极的动力学性能和降低了 SOEC 电解质电阻，从而使电池性能损失更小。如果电站或其他工业过程的 废热能够用来维持电解池运行，SOEC相比于低温电解池在制氢和合成 气方面就会表现出更高的效率。热力学上，高温电解能够减少电解过
二氧化碳电化学还原概述
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。
二氧化碳的电化学还原资料
1. CO2在CuO/TiO2-Cu修饰电极上 的光电化学还原
本部分工作首先制备了CuO/TiO2复合物修
饰Cu电极，并对CO2在这种修饰电极上的
光电化学还原行为和催化活性进行了研究。
UV-Vis 漫反射分析
CuO/TiO2粉末紫外-可见吸收光谱
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分 析
光电还原产物的定性分析
2()
o
40
50
60
70
CuO/TiO2复合物修饰Cu电极的XRD a: 反应前 b:反应7 h后
光电还原产物的定性分析
乙 酸
甲 酸
甲 醇
0
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100 t / min
150
200
还原产物色质分析的馏分图
小 结
1.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原表现较高的活性，还原的起始电位在-0.63 V。 2.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原为羧酸类和醇类小分子有较好的选择性。 3. 制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电
原的过电位，提高了电流效率 。
4.半导体及修饰半导体电极对CO2的光电化学还原，提高了 对CO2还原的电流密度，增加了对CO2还原的反应速率。
CO2电化学和光电化学还原的发展趋势
今后 CO2电化学和光电化学还原的研究将更多地集中在以下几个方面：
（1）将更多地采用有机溶剂溶解CO2并且利用低温技术
（2）电极采用不同的金属，金属氧化物及合金并控制反应温度以选 择生成物
催化还原有较好的稳定性。
2. Se/CdΒιβλιοθήκη e-Pt纳米薄膜修饰电极对CO2的光电催化性
电化学二氧化碳还原
电化学二氧化碳还原二氧化碳是一种古老的气体分子，对地球来说有重要意义。
由于其具有极强的碳氧双键，极易形成固体废弃物和污染物，导致空气污染，危害人类健康。
因此，对二氧化碳的还原处理非常重要。
今天，将介绍电化学二氧化碳还原技术。
电化学二氧化碳还原技术是一种利用电流的绝缘电解的电化学还原方法，用于将二氧化碳转化为低碳排放产品，这种技术具有高效、灵活、可回收点源二氧化碳的优势，对控制气候变暖有重要作用。
电化学二氧化碳还原的原理是，通过电解反应，通过加热电解质、氧化剂和二氧化碳溶解在溶液中，将二氧化碳彻底氧化，再将其两个氧原子分解成一组电子，再由电解液中的碳源反应生成碳氢化合物，二氧化碳还原完成。
电化学二氧化碳还原技术的应用已深入到清洁能源领域，给人类和自然带来了广泛的积极影响。
它能有效地控制能源消耗，减少燃烧过程中排放的二氧化碳；它能有效抑制室内空气污染物和污染物，降低能源消耗；它能有效保护环境，减少因传统燃烧和碳排放而带来的温室效应，有助于减少污染。
除了有益的社会和环境效益，电化学二氧化碳还原技术还有一定的技术挑战。
其中，获取较高的还原率是一个难点。
由于二氧化碳的强碳-氧双键，难以被电解质完全氧化，从而降低还原率。
因此，在研发中，要考虑改变电解液的组成，使电解质更易被氧化，提高还原率。
另外，电化学二氧化碳还原还存在设备和成本问题。
由于该技术需要设备比较复杂，容易出现漏电，使设备耗电量增加，存在安全隐患。
同时，由于设备复杂，成本较高。
因此，在应用中，要考虑简化设备，以降低成本，同时减少漏电可能带来的安全隐患。
以上就是电化学二氧化碳还原技术的发展现状和挑战。
它为解决二氧化碳排放问题带来了积极的影响，并减少了能源消耗和污染排放。
但目前技术仍有待完善，仍需继续努力，才能将该技术发挥到更大的作用。
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小结
1.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原表现较高的活性，还原的起始电位在-0.63 V。 2.制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电催 化还原为羧酸类和醇类小分子有较好的选择性。 3. 制备的CuO/TiO2 复合物修饰Cu电极对CO2的光电 催化还原有较好的稳定性。
CO2 (g) + 4H+ + 4e → HCHO (aq) + H2O E0 = -0.48 V
CO2 (g) + 2H+ + 2e → CO (g) + H2O
E0 = -0.52 V
CO2 (g) + 2H+ + 2e → HCOOH (aq)
E0 = -0.61 V
2CO2 (g) + 2H+ + 2e → H2C2O4 (aq)
本文的设想和目的
利用纳米薄膜和具有特殊物理性质 的纳米复合物及催化剂修饰电极， 使得修饰电极对CO2电化学和光电化 学还原有较好的催化性。
1. CO2在CuO/TiO2-Cu修饰电极上
2.
的光电化学还原
本部分工作首先制备了CuO/TiO2复合物修 饰Cu电极，并对CO2在这种修饰电极上的 光电化学还原行为和催化活性进行了研究。
CO2电化学和光电化学还原的发展趋势
今后 CO2电化学和光电化学还原的研究将更多地集中在以下几个方面： （1）将更多地采用有机溶剂溶解CO2并且利用低温技术 （2）电极采用不同的金属，金属氧化物及合金并控制反应温度以选 择生成物 （3）利用气体扩散电极增加CO2的压强促进反应 （4）利用有机络合物多层膜修饰电极，使产物为更复杂的有机物 （5）对于光电化学还原，反应装置的设计能够大规模地聚集太阳光， 使之能充分利用光能。 （6）研究高效的分离技术，使得产物最好能及时从反应体系中分离 出来。
Se/CdSe-Pt修饰电极对CO2还原的光电催化分 析
I / mA
0 .0
-0 .4
a
-0 .8
b
-1 .2
-1 .6
-2 .0
-2 .4
-2 .8
-3 .2
-1.4 -1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0
E / V vs.S C E
Se/CdSe-Pt修饰电极在分别饱和了CO2和N2的0.1 M KHCO3电解液的循环伏安图 a：N2，b：CO2
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原 的光电催化的稳定性分析
a b
0 10 20 30 40 50 60 70
2 (o)
CuO/TiO2复合物修饰Cu电极的XRD a: 反应前 b:反应7 h后
光电还原产物的定性分析
乙酸
甲酸
甲醇
0
50
100 150 200
t / m in
还原产物色质分析的馏分图
E0 = -0.90 V
CO2电化学还原研究进展
目前从电极材料对CO2还原来看， CO2电化学还原分为以下 几个方面： 1.金属电极对CO2的电化学还原，金属的中毒性及对CO2还 原高的氢超电势，使得对CO2还原的法拉第效率比较低及还 原产物的选择性差 。 2.金属气体扩散电极对CO2的电化学还原, 提高了对CO2还原 的电流密度，但还原产物主要是C1-C2化合物。 3.修饰金属电极对CO2的电化学催化还原，降低了对CO2还 原的过电位，提高了电流效率 。 4.半导体及修饰半导体电极对CO2的光电化学还原，提高了 对CO2还原的电流密度，增加了对CO2还原的反应速率。
光电还原产物的定性分析
乙醇
40 60 80 100 120 140 160 180 200
t / m in
还原产物色质分析的馏分图
小结
1. Se/CdSe-Pt纳米修饰半导体电极在相当正的电位对 CO2转化为乙醇有较高的催化性和较好的选择性。 2. 这表明电极表面是纳米尺寸的半导体电极对CO2光 电还原的选择性的提高是非常重要的。 3. 这种特征的半导体电极对CO2光电还原是一种新的， 有效的研究和发展方向。
2. Se/CdSe-Pt纳米薄膜修饰电极 对CO2的光电催化性
本部分利用电化学方法在铂电极上沉 积了Se/CdSe纳米薄膜，并研究了该纳 米薄膜修饰电极对CO2的光电催化还原， 为进一步优化二氧化碳的光电化学还 原提供依据。
Se/CdSe-Pt修饰电极的物理表征
Se/CdSe修饰电极的SEM照片
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分析
a b
2342
1559
1378
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
W a v e n u m b e r /c m -1
CuO/TiO2 复合物修饰 Cu电极的FT-IR光谱 a: 反应前 b:反应7h后
二氧化碳的电化学还原
二氧化碳电化学还原的可能反应途径
在经常的析出氢气的电位（相对于饱和甘汞电极）范围内，
CO2电化学还原的可能反应途径如下：
CO2 (g) + 8H+ + 8e → CH4 (g) + 2H2O
E0 = -0.24 V
CO2 (g) + 6H+ + 6e → CH3OH (aq) + H2O E0 = -0.38 V
Se/CdSe-Pt修饰电极的物理表征
(1 01 ) *
* Se CdSe
(002) (100)
*
(102)
(112)
(
1
10
)(
10
3
)
*
(202) *
10
20
30
40
50
60
70
80
2 (o )
Se/CdSe薄膜的XRD
Se/CdSe-Pt修饰电极的光电响应分析
I / mA
0 .0 2
UV-Vis 漫反射分析
CuO/TiO2粉末紫外-可见吸收光谱
CuO/TiO2修饰Cu电极对CO2还原的光电催化分 析
I / mA
5
0
a b
-5
-10
-15
-1 .4
-1 .2
-1 .0
-0 .8
-0 .6
-0 .4
-0 .2
0 .0
E / V vs.S C E
CuO/TiO2修饰Cu电极在饱和了CO2的0.1 M KHCO3电解液的循环伏图 a： 暗态 b：光照
0 .0 0
-0 .0 2
a
-0 .0 4
b
-0 .0 6
-0 .0 8
-0 -0 .1 6 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0
E / V vs.SC E
Se/CdSe-Pt修饰电极在饱和了CO2的0.1 M KHCO3电解液 光电流-电压图 a： 暗态 b：光照