二氧化碳转化制备化学品的研究进展
电化学催化还原二氧化碳研究进展
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。
碳捕集与转化技术的最新研究进展
碳捕集与转化技术的最新研究进展在现代工业生产过程中，二氧化碳排放一直是一个大问题。
因为二氧化碳是一种温室气体，它的大量排放使得地球变得更热。
为了减少二氧化碳的排放，人类一直在尝试各种技术。
本文将介绍一些最新的碳捕集与转化技术的研究进展。
1. 碳捕集技术碳捕集技术是指将二氧化碳从燃烧废气中捕集出来，然后将其储存或利用。
目前，最常见的碳捕集技术是吸收剂法，它使用化学吸收剂将二氧化碳从废气中捕集出来。
近年来，新型的吸收剂正在被研发出来。
例如，研究人员最近发现了一种名为“二甲酰胺混合物”的吸收剂。
这种吸收剂比传统的胺类吸收剂更加稳定和高效，能够同时捕集二氧化碳和硫化物。
此外，一些新型的捕集技术也在被研究中。
例如，一种名为“固体氧化物电解质电池”的技术被证明可以在高温下将二氧化碳转化为一氧化碳，然后将其用于生产燃料。
2. 碳转化技术碳转化技术是指将二氧化碳转化为其他有用的化学品或燃料，从而减少其对环境的影响。
这些转化技术包括电解、光电化学和生物转化等。
电解法是将二氧化碳通过电化学反应转化为其他化学品的一种方式。
近年来，一种叫做“环氧乙烷”的化合物就是通过电解法生产出来的。
这种化合物可以用作冷却剂和杀虫剂。
光电化学法是指利用光和电将二氧化碳转化为其他化学品的一种技术。
例如，在此技术中，光线和电流可以同时刺激催化剂，将二氧化碳转化为甲烷等燃料。
生物转化法是指利用微生物将二氧化碳转化为有用的化学品或能量的一种技术。
近年来，一些微生物已经被发现能够利用二氧化碳进行光合作用或化学合成，从而产生能源或化学品。
总的来说，无论是碳捕集技术还是碳转化技术，它们都有着很大的潜力，可以帮助我们减少二氧化碳的排放并变废为宝。
虽然这些技术还需要更多的研究和改进，但是它们已经证明了自己的价值，在未来的绿色能源和环境保护领域将有着广泛的应用。
二氧化碳的利用研究进展
二氧化碳的利用研究进展目前，全球暖化和气候变化已成为全球关注的焦点问题。
二氧化碳被认为是导致全球暖化的主要原因之一，因此减少二氧化碳的排放已经成为全球合作的重要目标。
然而，仅仅减少排放是不够的，还需要通过利用二氧化碳来降低其浓度，以达到全球气候的稳定目标。
因此，二氧化碳的利用研究备受关注，并取得了一些重要的进展。
一种常见的二氧化碳利用方式是将其转化为有用的化学品。
例如，二氧化碳可以与氢气反应，生成甲酸、甲醇等碳氢化合物，这些化合物可以用作燃料或化工原料。
另外，二氧化碳也可以与氨反应，生成尿素，这是一种重要的化学品，广泛应用于农业和化工工业。
此外，还有研究表明，二氧化碳可以用作合成石墨烯、纳米碳管等碳材料的原料，这些材料具有广泛的应用前景。
除了化学转化，二氧化碳还可以被利用于碳捕获和储存技术。
碳捕获是指将二氧化碳分离出来，防止其进入大气中；碳储存则是指将分离出来的二氧化碳安全地储存起来，防止其再次排放到大气中。
目前，已经有一些碳捕获和储存项目在运行，如美国的“长途管道-储存”项目和挪威的“宋德菲尼德斯峡湾”项目。
此外，也有研究提出利用二氧化碳进行岩石矿物碳化的方法，将二氧化碳永久地储存在地球中。
除了上述方式，还有一些创新的二氧化碳利用技术正在研究和开发中。
例如，一种被称为“人工光合作用”的技术，可以利用太阳能和催化剂将二氧化碳和水转化成为燃料，如氢气和甲醇。
此外，还有研究发现，一些微生物可以利用二氧化碳进行生长和代谢，产生有用的化合物。
这些微生物可以通过基因改造来提高其二氧化碳利用效率，从而成为一种有潜力的二氧化碳利用技术。
尽管二氧化碳的利用研究已经取得了一些进展，但仍然存在一些挑战和难题。
首先，二氧化碳的转化过程需要高能耗和高成本，因此如何提高转化效率和降低成本是一个亟待解决的问题。
其次，二氧化碳的氧化还原性非常低，因此需要寻找高效的催化剂来促进其转化。
最后，二氧化碳利用技术的规模化应用还面临一些技术和经济上的挑战，包括储存和运输二氧化碳的问题。
二氧化碳催化加氢及其研究进展
二氧化碳催化加氢及其研究进展一、本文概述二氧化碳（CO₂）作为一种常见的温室气体，对全球气候变化产生了深远的影响。
然而，除了其对环境的负面影响外，CO₂也是一种丰富的碳源，具有潜在的化学利用价值。
近年来，通过催化加氢技术将CO₂转化为有用的化学品和燃料，已成为化学和能源领域的研究热点。
本文旨在全面概述二氧化碳催化加氢技术的研究现状、发展动态以及面临的挑战，以期为该领域的进一步研究和工业应用提供参考。
我们将首先介绍CO₂催化加氢的基本原理和催化剂类型，包括金属催化剂、非金属催化剂以及双金属催化剂等。
随后，我们将综述不同催化剂在CO₂加氢反应中的性能表现，包括活性、选择性和稳定性等方面。
我们还将探讨反应条件（如温度、压力、溶剂等）对催化加氢过程的影响，以及催化剂的再生和循环利用问题。
在总结现有研究成果的基础上，我们将分析当前CO₂催化加氢技术所面临的挑战，如催化剂活性不足、选择性差、稳定性差以及能耗高等问题。
我们还将展望未来的研究方向，包括新型催化剂的设计与开发、反应机理的深入研究以及反应过程的优化与控制等。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面而深入的了解CO₂催化加氢技术的研究进展和前景，为推动该领域的可持续发展贡献力量。
二、二氧化碳催化加氢的基本原理二氧化碳催化加氢是一种将二氧化碳转化为有价值化学品的重要方法。
其基本原理在于利用催化剂将二氧化碳与氢气在适当的温度和压力下进行反应，生成一氧化碳或甲醇等化学品。
催化剂在反应中起到了关键作用。
常见的催化剂包括金属催化剂、金属氧化物催化剂和金属有机框架催化剂等。
这些催化剂能够降低反应的活化能，使反应在较低的温度和压力下进行。
二氧化碳催化加氢的反应过程涉及多个步骤。
在金属催化剂的作用下，氢气首先被吸附在催化剂表面，形成活性氢物种。
然后，二氧化碳分子与活性氢物种发生反应，生成中间产物，如甲酸或甲醇等。
这些中间产物进一步加氢或分解，最终生成目标产物。
二氧化碳电还原技术发展历程
二氧化碳电还原技术是一种将二氧化碳转化为有价值的化学品的技术。
它的发展历程可以概括为以下几个阶段：
1. 20世纪60年代至70年代：早期研究主要关注电化学方法将二氧化碳还原为甲醇。
这个阶段的研究主要集中在实验室规模，对电极材料和电解质进行了大量探索。
2. 20世纪80年代至90年代：研究重点转向了开发更高效的电极材料和提高电化学反应的选择性。
在这个阶段，人们发现了一些新的电极材料，如金属氧化物和导电聚合物，可以提高二氧化碳还原的效率。
3. 21世纪初至今：随着能源和环境问题的日益严重，二氧化碳电还原技术的研究得到了更多的关注。
在这个阶段，研究者们开始关注将二氧化碳转化为其他有价值的化学品，如甲酸、甲烷等。
此外，人们还开始研究将二氧化碳电还原技术应用于实际工业生产中，如电力储存、燃料电池等领域。
总的来说，二氧化碳电还原技术的发展经历了从实验室研究到工业应用的逐步推进过程。
目前，该技术仍在不断发展中，未来有望在能源和环境领域发挥重要作用。
CO2转化技术的研究现状与发展趋势
CO2转化技术的研究现状与发展趋势随着环境问题的不断加剧，CO2转化技术越来越被人们所关注。
CO2是一种重要的温室气体，其排放量不仅对人类健康及生态系统造成威胁，更是导致气候变化的主要原因之一。
因此，CO2转化技术的研究已成为减缓全球气候变化的重要手段之一。
一、CO2转化技术现状CO2转化技术目前已得到广泛的研究和应用，包括光催化、电化学、生物酶催化等多种技术手段。
1.光催化技术光催化技术是利用光能来激发固体表面的电子，从而促进CO2的转化为有用的化学品。
常见的催化剂包括TiO2、ZnO、CdS等半导体材料。
目前该技术已被应用于CO2的光解、光还原和光化学反应等方面。
光催化技术需要大量的光能来提供电子，因此其能效较低。
同时，催化剂的光吸收剖面也会限制该技术的转化效率和选择性。
2.电化学技术电化学技术是利用外部电势来促进CO2转化的过程。
该技术包括电解制氢、电化学合成烃类、电化学还原CO2等多个领域。
其中，利用电化学合成烃类是最有前景的CO2电化学转化技术之一。
当前，电化学技术的效率和选择性已有了很大提升，并且使用现代催化剂也能使CO2转化产物的选择性增加。
但电化学技术需要大量的电能来推动CO2的转化，因此需要更高效的电化学系统，同时还面临着催化剂寿命短、成本高等问题。
3.生物酶催化技术生物酶催化技术是利用酶催化反应来促进CO2的转化。
该技术不需要高温高压条件，具有反应温和、选择性高等优点。
此外，生物酶催化技术还能模拟生物体内的代谢过程，实现对CO2的高效转化。
例如，有机酸类催化剂和铁谷氨酸等天然酶都可以用于CO2转化。
不过，当前的生物酶催化技术还面临着反应速率慢、催化机制不明确等问题。
因此需要进一步优化反应条件和生物酶催化剂的设计，从而提高该技术的效率和可实施性。
二、CO2转化技术发展趋势CO2转化技术正在不断发展，在未来还有很大的应用前景。
以下是CO2转化技术的发展趋势：1.提高CO2转化技术的效率和可控性提高CO2转化技术的效率和可控性是未来研究的关键方向。
水溶液中电化学还原二氧化碳制甲酸的研究
水溶液中电化学还原二氧化碳制甲酸的研究一、本文概述随着全球气候变化的日益严重，减少温室气体排放、实现碳中和已成为全球共同的目标。
二氧化碳（CO₂）作为主要的温室气体之一，其减排和转化利用受到了广泛关注。
电化学还原二氧化碳（CO₂RR）是一种将CO₂转化为有价值化学品或燃料的有效方法，具有反应条件温和、产物多样性高等优点。
其中，甲酸（HCOOH）作为一种重要的化工原料和氢能源载体，其电化学还原制备过程具有重要的研究意义和应用价值。
本文旨在研究水溶液中电化学还原二氧化碳制甲酸的过程，通过深入探讨反应机理、催化剂设计、电解池构建以及反应条件优化等方面，以期提高甲酸产率、降低能耗，并为实现二氧化碳的高效转化和利用提供新的途径。
文章将首先介绍电化学还原二氧化碳制甲酸的研究背景和意义，然后详细阐述实验材料与方法、实验结果与讨论，最后总结全文并展望未来的研究方向。
通过本文的研究，旨在为电化学还原二氧化碳制甲酸领域的发展提供有益的参考和借鉴。
二、电化学还原二氧化碳的基本原理电化学还原二氧化碳（CO₂）制甲酸（HCOOH）是一种新兴的、环境友好的转化技术，旨在将大气中的温室气体转化为有价值的化学品。
该过程的基本原理涉及电解池中的阴极、阳极以及电解质溶液中的离子传递和电子转移。
在电解过程中，电解质溶液中的CO₂分子通过阴极附近的离子化过程，获得电子并被还原为甲酸根离子（HCOO⁻）。
同时，阳极处的水分子失去电子并被氧化为氧气和氢离子（H⁺）。
这些氢离子通过电解质溶液迁移到阴极，与甲酸根离子结合，生成甲酸（HCOOH）。
电化学还原CO₂的反应路径和产物分布取决于电解质的性质、电极材料、电流密度、温度以及压力等多个因素。
通常，甲酸的形成涉及多步电子转移过程，其中CO₂首先被还原为一氧化碳（CO），随后再被进一步还原为甲酸。
因此，优化电解条件和电极材料是提高甲酸产率和选择性的关键。
电解质溶液的选择也至关重要。
合适的电解质应能够有效传递离子，同时促进CO₂的溶解和还原。
二氧化碳转化为合成气及高附加值产品的研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第3期二氧化碳转化为合成气及高附加值产品的研究进展邵斌，孙哲毅，章云，潘冯弘康，赵开庆，胡军，刘洪来（华东理工大学化学与分子工程学院，上海200237）摘要：由于二氧化碳（CO 2）过度排放导致全球变暖日益严峻，发展零碳技术已成为人类社会面向可持续发展的战略选择。
将CO 2捕集并转化为高附加值化学和能源产品，可以优化化石能源为主体的能源结构、有效缓解环境问题，并实现碳资源的充分利用，是一项可以大规模实现低碳减排的技术。
本文重点介绍了CO 2高效利用新途径，通过二氧化碳-合成气-高附加值化学品的产品工艺路线，实现CO 2的资源化利用。
对比综述了热催化法、电催化法和光催化法高效转化合成气的最新进展，总结了热、电、光催化制备合成气过程中催化剂的设计原理和方法以及目前工业化应用前景；简单概述了合成气作为重要平台分子，进一步通过费托合成路线或接力催化路线转化为低碳烯烃和液态燃料或芳烃等化学品过程中催化剂设计研究进展。
最后，总结了大规模工业化CO 2转化为合成气及高附加值产品过程催化剂设计和反应器优化的技术难题，并对未来CO 2高效转化利用方向进行了展望。
同时指出目前各技术还普遍存在反应机理不清晰、催化剂成本高以及缺乏大规模合成等问题，未来开发出高效、高活性、低成本且稳定的催化剂是各技术推广应用的关键。
关键词：二氧化碳；合成气；催化机理；催化剂；工业应用中图分类号：TQ211文献标志码：A文章编号：1000-6613（2022）03-1136-16Recent progresses in CO 2to syngas and high value-added productsSHAO Bin ，SUN Zheyi ，ZHANG Yun ，PAN Fenghongkang ，ZHAO Kaiqing ，HU Jun ，LIU Honglai(School of Chemistry and Molecular Engineering,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China)Abstract:The global warming caused by excess carbon dioxide (CO 2)emission has been a worldwide focus.The development of carbon neutralization technologies is a strategic choice for the sustainability of human society.CO 2capture and conversion to high value-added chemicals is an ultimate technology for the goal of carbon neutralization,which can optimize the fossil fuel-dominated energy structure,effectively alleviate environmental problems,and achieve carbon recycling.This paper focuses on the efficient CO 2utilization by the route of CO 2-syngas-high value-added chemicals.As an important intermedia product,syngas is the most feasible for CO 2conversion and can be further transformed into value-added chemicals.Recent progresses in three CO 2to syngas technologies of thermo-catalysis,electrocatalysis and photocatalysis are reviewed,including the mechanism,catalysts design strategies,and the current industrial application prospects.Moreover,the conversion of syngas to light olefins and aromatics through the Fischer-Tropsch synthesis and relay catalytic routes are also reviewed.By analyzing and comparing the key technologies,特约评述DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1909收稿日期：2021-09-07；修改稿日期：2021-10-19。
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二氧化碳转化制备化学品的研究进展
摘要：二氧化碳是主要的温室气体，同时也是一种廉价、丰富的C1资源，将其转化为高附加值化学品具有重要的意义，而如何实现化学转化是一个极具挑战性的科学问题。
基于此，本文简要介绍了CO2转化制备化工产品的现状及其发展前景，以期为其高效转化利用提供基础。
关键词：二氧化碳；化学转化；化学品
二氧化碳是工业燃料燃烧的主要产物之一，也是主要的温室气体，在自然界普遍存在，约占大气的体积分数为0.03%。
随着碳排放量逐渐增大以及其给环保带来的巨大压力，CO2的减排已成为人们关注的焦点。
CO2的资源化利用是实现其减排的首要途径。
CO2 作为一种廉价、丰富的C1 资源，将其转化为高附加值化学品具有重要意义。
一般而言，CO2可转化制备的多种不同的化学品，如甲醇、合成气、低烯烃、醚等等。
由于CO2具有很高的标准生成热，结构非常稳定，要实现其在温和条件下的化学转化成为一个极具挑战性的科学问题。
因此，有必要对CO2转化为燃料、化工中间体等的研究进展进行介绍，从而为进一步实现CO2的高效转化利用提供基础。
1 CO2转化制甲醇
CO2直接催化加氢制甲醇是一个较经济的反应过程，早在1945年首次报道了Cu-Al催化剂上CO2和H2合成甲醇的研究。
在5.15MPa和275 oC下，以Cu-Zn-Al2O3为催化剂进行CO2和H2合成反应，CO2的转化率为16%，甲醇的选择性为28%。
近年来，报道了采用溶胶-凝胶技术制备Cu-ZnO-SiO2催化剂，在3.0 MPa、220 oC和6000 h-1的条件下，甲醇的选择性大于90%[1]。
尽管目前就CO2的转化率及对应甲醇的选择性提高方面都有了一定的研究进展，但就催化机理方面的认识还非常欠缺，如反应的中间产物、催化活性中心等都不明确，这方面的研究尚处于初级阶段[2]。
另外，就催化剂的稳定性和耐毒性问题也需要作进一步深入研究。
总体而言，二氧化碳转化制甲醇的方法耗能高、投资大、反应条件较为苛刻（～6 MPa，250～300 oC）。
2 CO2转化制碳酸二甲酯（DMC）
碳酸二甲酯中含有甲基、甲氧基、羰基等官能团，具有较低的毒性，是一种很好的环境友好型产品，在工业化应用中展现出潜在的价值。
CO2和甲醇合成DMC反应的平衡常数很小，这样将会使得CO2的平衡转化率也很小。
通过设计催化剂可以打破反应的化学平衡限制，从而有助于碳酸二甲酯的生成[3]。
目前研究的较多的催化剂有锡/钛的烷氧化物、碱/碱土金属碳酸盐和ZrO2基催化剂等等。
就锡/钛基催化剂而言，其催化活性较低；在超临界条件下碱/碱土金属碳酸盐也能够催化该反应，但是对应的DMC产率较低。
通过引入添加剂CH3I，可以有效的提高DMC的产率。
虽然人们已经开展了一系列的研究工作，但是二
氧化碳和甲醇直接合成DMC的工艺技术，尚未达到工业化所要求的程度。
这主要由于CO2的活化较困难，反应周期长，条件苛刻（～6 MPa、～200 oC），催化剂易中毒等因素造成的。
3 CO2重整制合成气
合成气是一种重要的化工原料，是H2和CO的混合物，可以用于制备一系列的化工产品，被人们称为“合成工业的基石”。
目前，主要通过CH4水蒸气重整法制备合成气，可以看出，CH4转化需要氧参与，而二氧化碳转化则需要耗氢，倘若能够将二者结合，则可解决CO2转化所需氢的问题。
就CO2重整制合成气而言，主要存在着能耗高，催化剂积炭严重等问题。
从节约成本角度出发，制备具有低成本和高性能的非贵金属催化剂已成为研究的重点，且大部分研究工作集中于Fe、Co和Ni系催化剂。
就Fe基和Co基催化剂来讲，它们的反应活性较低，很难通过改变制备条件实现其性能的显著提高。
相比而言，Ni 基催化剂展现出了与贵金属催化剂相当的反应活性，但其反应稳定性较差，这主要是由于Ni 催化剂烧结和积炭所引起的。
显然，开发具有廉价、高效、稳定的Ni基CH4-CO2重整反应催化剂将是这一领域的重点和难点[4]。
4 CO2热解制碳
在较苛刻的条件下，CO2可分解生成C、CO 和O2。
相关的研究表明该过程主要分为两步进行，即CO2与金属间发生氧化反应，进而生成的金属氧化物发生分解生成O2和金属，即可以使金属再生[4]。
目前，就这一反应过程的研究尚处探索阶段。
5 结语
CO2资源化利用，既是一次机遇又是一种挑战。
通过化学的方法实现CO2的转化利用是一种非常理想的CO2减排途径。
目前，人们已开展了CO2直接转化为不同化工产品的研究工作，并取得了一定的成果。
但是，如何实现温和条件下CO2的有效转化仍然是一个极具挑战的科学问题，其关键在于CO2分子的活化。
这就需要将CO2的转化与材料科学、催化理论以及过程工程科学进行有机结合，从而有助于探索制备高性能催化剂以及相应转化技术的工业化应用。
参考文献：
[1] 张晓阳，胡志彪，凌华招，胡高荣. 二氧化碳加氢合成甲醇催化剂及工艺研究开发[J]. 天然气化工，2011（06），41-45.
[2] 高健，苗成霞，汪靖伦，何良年. 二氧化碳资源化利用的研究进展[J]. 石油化工，2010（05）：465-475.
[3] 李鹏，陶亮亮，张虹，丁敬敏. 碳酸二甲酯的合成及应用进展[J]. 皮革与化工，2011（06）：31-34.
[4] 魏伟，孙予罕，闻霞，孙楠楠. 二氧化碳资源化利用的机遇与挑战[J]. 化工进展，2011（01）：216-224.。