PPT图解丨铋基二氧化碳还原电催化材料研究进展
cubi电催化二氧化碳还原为甲酸
一、概述二氧化碳的排放是目前全球环境面临的重要问题之一。
随着人们对可再生能源和环保技术的日益重视，寻找一种有效的二氧化碳减排途径成为了迫切需求。
在这一背景下，电催化二氧化碳还原成为了一个备受关注的领域。
其中，cubi电催化技术作为一种新兴的二氧化碳还原方法，受到了广泛的关注。
本文将重点介绍cubi电催化二氧化碳还原为甲酸的研究进展、原理及应用前景。
二、cubi电催化二氧化碳还原的原理及特点1. cubi电催化原理cubi电催化技术是一种利用电能将二氧化碳还原为有机物的技术。
在这一过程中，通常需要通过催化剂来催化二氧化碳的还原反应，从而转化为有用的化学品。
cubi电催化技术通过设计合适的催化剂和电极材料，调控反应动力学和热力学参数，实现了将二氧化碳高效、选择性地转化为目标产物的目的。
2. cibi电催化技术的特点a. 高效性：cubi电催化技术可以高效地将二氧化碳还原为有机物，具有很高的电化学利用率。
b. 可选择性：通过设计合适的催化剂和反应条件，cubi电催化技术还可以实现对产物的选择性调控，从而提高目标产物的纯度和产率。
c. 无污染：与传统的化学合成方法相比，cubi电催化技术是一种清洁的化学合成方法，不产生有害废物，对环境友好。
三、cubi电催化二氧化碳还原为甲酸的研究进展1. 催化剂设计对于cubi电催化二氧化碳还原为甲酸的研究，催化剂是关键的因素之一。
研究人员通过调控催化剂的组成和结构，设计出了多种高效的催化剂，如金属催化剂、金属氮化物催化剂等，实现了对甲酸的高选择性转化。
2. 电极材料开发除了催化剂，电极材料也是影响cubi电催化效率的关键因素。
研究人员利用碳基材料、氧化物材料等设计新型电极材料，实现了对甲酸的高效电化学合成，同时降低了电催化反应的能耗。
3. 反应条件优化针对cubi电催化二氧化碳还原为甲酸的反应条件，研究人员通过调控反应温度、电压、电解质浓度等参数，实现了对反应过程的优化，提高了甲酸的产率和选择性。
铋基光催化剂的调控与污染物降解机理研究
铋基光催化剂的调控与污染物降解机理研究伴随着我国社会和工业技术的不断发展,大量污染物尤其是抗生素等难降解有机污染物被排放到天然水体当中,由此引起的水质污染和供水安全问题,已成为关乎可持续发展和实现小康社会的关键因素。
因此,急需发展自由基强化氧化技术,以实现水中污染物的高效降解和安全转化。
半导体光催化技术是通过将光能转化为化学能,在光能的驱动下催化产生羟基自由基（<sup>·</sup>OH）、、超氧自由基(O<sub>2</sub><sup>·-</sup>)、单线态氧（<sup>1</sup>O<sub>2</sub>）和空穴（h<sup>+</sup>）等活性氧物种以达到降解水中有机污染物的效果,它具有氧化能力强、污染物降解彻底、反应条件温和与环境友好的特点,在水污染治理方面具有较好的应用前景。
然而,传统的光催化材料如二氧化钛由于禁带宽度大（3.2 eV）,只能吸收占太阳光4%的紫外光,对占太阳光约43%的可见光的利用效率低,极大限制了该技术的实际应用。
为提高太阳能的利用率,特别是可见光的利用率,构筑高效可见光催化剂成为现阶段光催化领域的发展前沿。
对于具有较宽带隙或较窄带隙的半导体材料,通过调控禁带宽度可以有效提高半导体材料对可见光的响应;对于本身具有较强可见光吸收的半导体材料,通过构建异质结构,促进光生载流子的传导,从而抑制光生电子-空穴复合可以有效提高其对可见光的利用效率;借助上述两种手段,设计并构建纳米复合材料,发展可见光催化技术,可以有效解决上述问题。
近年来,一系列含铋的半导体材料被报道具有优良的光催化活性,其具有独特且可调的电子能带结构和形貌等优点,受到研究者们的广泛关注和研究。
根据其化学组成及晶体结构的不同,铋基半导体材料的带隙可从0.3 eV的超窄带隙覆盖到3-4 eV的宽带隙。
铋基材料的发展综述汇总
环境友好型铋基材料的制备及其性能研究1概述能源危机和环境问题的日益加重已成为影响全人类可持续发展的重要问题。
近年来，可再生与不可再生资源日益枯竭，使得人们不得不高度重视排放物、废弃物的妥善处理和循环再生，减少不可再生资源的消耗和环境的污染，同时寻求绿色环保、可持续发展的新能源就逐渐受到世界各国的广泛关注。
光催化实际上是光催化剂在某些波长光子能量的驱动下，体内的空穴电子对分离，后又引发了一系列氧化还原反应的过程。
光催化氧化技术由于其具有环境友好，能有效去除环境中尤其是废水中的污染物，且能耗少，无二次污染等优点已被慢慢重视起来。
自1972年Fujishima等⑴在《Nature》报道了TiO2在紫外光照射下可以催化水的分解后，半导体光催化剂一直是广大学者们研究的热点。
光催化被认为是解决能源问题的关键有效方法之一，近年来受到广大研究者的不断探究。
为了充分利用太阳光，人们对光催化材料进行了众多研究：一方面是对TiO2半导体进行改性，另一方面是寻求新型的非TiO2半导体光催化材料。
含铋光催化材料属于非TiO2半导体光催化材料中的一种，电子结构独特，价带由Bi-6s和O-2p轨道杂化而成。
这种独特的结构使其在可见光范围内有较陡峭的吸收边，阴阳离子间的反键作用更有利于空穴的形成与流动，使得光催化反应更容易进行。
本文将对近年来含铋光催化剂的研究进展进行综述。
1景凡：环境友好型铋基材料的制备及其性能研究2 铋类光催化剂的制备2.1铋氧化物光催化剂铋氧化物是很重要的功能材料，在光电转化、医药制药材料等方面有着很广泛的运用。
其中，纯相还具有折射率高、能量带隙低和电导率高的特点。
Bi2°3有单斜、四方、体立方和面立方四种结构，只有单斜结构室温下可稳定存在，其他结构在室温下均会转变成单斜结构。
化学沉积法、声化学方法、溶胶-凝胶法、微波加热法等都是制备纳米Bi2O3的方法。
产品的形态也可根据方法不同而不同，如颗粒状、薄膜状、纤维状等。
铋系光催化剂的最新研究进展
铋系光催化剂的最新研究进展王军;伍水生;赵文波;廉培超;王亚明【摘要】铋系光催化剂作为一种新型的催化剂成为了近年来的研究热点.综述了铋系光催化剂包括钨酸铋,钒酸铋,钛酸铋及卤氧化铋的一些最新研究进展,从合成方法,影响因素,反应机理,光催化活性等方面对其进行阐述.并指出了该类型催化剂目前存在的问题和发展前景.【期刊名称】《化工科技》【年(卷),期】2014(022)002【总页数】6页(P74-79)【关键词】铋系光催化剂;钨酸铋;光催化活性;研究进展【作者】王军;伍水生;赵文波;廉培超;王亚明【作者单位】昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500;昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650500【正文语种】中文【中图分类】TQ426.8环境污染和能源短缺是21世纪人类迫切需要解决的2大问题，光催化反应在室温下利用太阳能作为光源可以直接驱动反应的独特性能，成为了一种理想的环境污染控制技术和清洁能源生产技术。
TiO2具有无毒，催化活性高，抗氧化能力和稳定性强等优点。
但TiO2的禁带较宽为3.2e V，在可见光范围内没有响应，太阳能的利用率较低，激发产生的电子和空穴复合率高，光量子效率<4%。
因此急需开发新的半导体催化剂，使其在可见光范围内有响应，并具有较高的催化活性。
在这种情况下科研工作者研究和开发出了铋系光催化剂并取得了一系列显著成效。
作者将介绍几种常用的铋系光催化剂。
1 光催化原理光催化反应是指利用光能进行物质转化的一种方式，是光与物质之间相互作用的多种方式之一。
光催化剂一般是一些在常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的半导体材料。
半导体一般是由充满电子的低能价带(VB)和空的高能导带(CB)构成，价带和导带之间称为禁带，没有能级存在。
用公式大概可进行估算。
钨酸铋基光催化材料的研究进展
第 １２期
吉亮亮，等：钨酸铋基光催化材料的研究进展
·４３·
钨酸铋基光催化材料的研究进展
吉亮亮，同 帜，马敏敏，高占尧
（西安６００）
摘要：钨酸铋（Ｂｉ２ＷＯ６）是一类具 有 非 金 属 含 氧 酸 盐 结 构 的 新 型 光 催 化 剂 材 料，其 具 备 高 稳 定 性、纳 米 结 构、高 催 化 性 能 等 优 点，但 Ｂｉ２ＷＯ６的带隙相对较大（２．７ｅＶ），只能吸收 ４５０ｎｍ以下的光。通过对 Ｂｉ２ＷＯ６的复合改性可以将其光吸收范围扩大，减少空穴电子对 的复合，从而改善材料的光催化活性。首先介绍 Ｂｉ２ＷＯ６的晶体结构和电子结构；其次对近几年 Ｂｉ２ＷＯ６ 基光催化材料的合成方法、形 貌特征光催化活性等方面的研究现状进行全面的综述分析；最后对 Ｂｉ２ＷＯ６基光催化材料的发展趋势进行了展望。 关键词：钨酸铋；材料制备；光催化 中图分类号：Ｏ６４３．３６；Ｏ６４４．１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１２－００４３－０８
铋及其复合物的研究进展
第46卷第3期2021年6月广州化学Guangzhou ChemistryV ol. 46 No. 3Jun. 2021文章编号：1009-220X(2021)03-0029-08 DOI:10.16560/ki.gzhx.20210304铋及其复合物的研究进展吕振春（上海理工大学，上海200093）摘要：简单介绍了单质铋的低毒或无毒性、低电导率超导电性、冷膨胀和热收缩等独特性质。
基于文献重点讨论了铋及其复合物近些年在电催化、光催化、抗肿瘤、光热放射治疗等方面的新应用，尤其是在光催化净化水体污染和抗肿瘤/癌药物方面具有广阔的发展前景。
铋复合物独特的层状结构、合适的带隙、近红外光吸收及X-射线衰减等特性为其进一步应用奠定了坚实的基础，且不同的制备工艺及掺杂金属元素等各种改性方法也为其广泛普及提供了新的思路。
关键词：铋；光催化；电催化；光热放射治疗中图分类号：O6-1 文献标识码：A半导体光催化技术能够实现高效且环境友好的净化水资源，因此，利用光催化反应处理水污染问题被认为是具有广阔前景的绿色环境治理技术。
而铋（Bi）及其复合物因为独特的层状结构、合适的禁带宽度、更适合被可见光激发等特点，逐渐发展成为一类独特的新型光催化材料，引起了人们的广泛关注。
与此同时，随着研究的深入，铋的各种特殊性质及不同应用也开始进入人们的视线。
最开始，Bi的典型应用集中在冶金添加剂、焊料、弹药等方面，其化合物广泛应用于颜料、化妆品和药物中。
特别是后者，水杨酸铋常见于腹泻的治疗[1]。
目前大多数的研究针对于Bi基材料的热电、铁电、光电化学、电催化、光催化性能、其纳米材料及合成方法、薄膜制备及薄膜电极替代汞电极测定重金属离子等方面[2-8]。
近年来，关于Bi及其复合物的特殊性质及综合应用的相关综述较少，大多数是描述其一种具体的应用，例如Bi基光催化材料的研究进展等。
本综述则简单介绍了Bi的特殊性质，对光电催化、抗肿瘤及光热放射治疗等方面的应用进行总结，并详细介绍了Bi及其复合物光热治疗的研究进展。
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。
铋还原能力-概述说明以及解释
铋还原能力-概述说明以及解释1.引言1.1 概述铋是一种化学元素，属于周期表中的重金属。
它具有良好的还原能力，是很多化学反应和工业过程中的重要参与者。
铋的还原能力在多个方面发挥着重要作用，影响着其在不同环境和化学反应中的应用。
铋是一种具有特殊性质的元素，其化学性质独特而复杂。
它在常温下为固体，具有明亮的银白色。
铋是一种相对稳定的元素，但在一些条件下它也能发生化学反应，表现出还原能力。
铋的还原能力指的是其参与还原反应的能力。
还原反应是一种化学反应，其中原本具有较高价态的物质通过失去电子而转化为较低价态。
铋通过与其他物质发生反应并接受电子，从而使其发生还原反应。
这种还原能力对于很多重要的化学过程和工业应用具有重要作用。
影响铋还原能力的因素有很多，其中两个最主要的因素是温度和pH 值。
温度的变化可以影响反应速率和反应平衡，从而影响铋的还原能力。
较高的温度通常会促使铋更容易发生还原反应。
pH值则与反应环境的酸碱性有关，不同的pH值会影响铋的电子交换速率，从而影响其还原能力。
总之，铋的还原能力是一个值得研究和关注的领域。
了解铋的化学性质和其还原能力对于开发其在化学工程、材料科学和环境科学等领域的应用具有重要意义。
进一步研究铋的还原能力，探索其在不同条件下的反应行为和性质变化，将有助于深入理解铋的化学特性，并为相关领域的应用提供更多可能性。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下所示：文章结构本文分为以下几个部分来深入探讨铋的还原能力。
首先，引言部分将为读者提供一个总体的概述，介绍铋还原能力研究的背景和意义。
接下来，在正文部分中，将详细讨论铋的还原能力及其相关化学性质和还原反应。
此外，文章还将探讨影响铋还原能力的因素，包括温度和pH值。
最后，在结论部分，将总结铋的还原能力的重要性，并提出对其进一步研究的展望。
通过这样的文章结构，读者可以逐步了解铋的还原能力的背景和基本概念，然后深入了解铋的化学性质和还原反应机制，并了解温度和pH值等因素对铋还原能力的影响。
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3. 铋基催化材料的电化学 CO2 还原
3.3 牺牲模板
牺牲模板法是制备纳米铋基催化剂最常 见的方法。利用各类模板（包括一定形 貌的氧化物、硫化物、卤氧化物等）的 还原转化，可以获得不同结构、含有丰 富活性位点的新型铋基催化材料。
图 5 牺牲模板法合成Bi基电催化剂及CO2还原性能
(4) 法拉第效率 ：反映 CO2 还原反应选择性的一个重要指标。定义为生成某一产物 所需的电荷量占通过工作电极总电荷量的百分比。
(5) 稳定性 ：一种优异的电催化材料还必须具有长期的催化稳定性。通常采用 循环伏安法、恒电位电解法或者计时电位法等进行有效评价。
1. 电催化CO2还原
根据其主要还原产物的种类， 大致可以将这些金属电极材料分成四大类（图 1）。
3. 铋基催化材料的电化学 CO2 还原
3.4 与碳材料复合
铋基催化材料导电性由于结构纳米化而 往往不够理想，限制了性能的进一步提 升。将导电性好、比表面积高的碳材料 作为载体，可以显著提升导电性和催化 活性。
图 6 碳材料复合制备Bi基电催化剂及CO2还原性能
总结与展望
铋作为一种高效率的CO2还原电催化剂，是当前最具前景的甲酸类电催化材料。
金属 Bi 具有和黒磷类似的层状晶体结构，每一层都由翘曲的类蜂窝状结构组成， 层与 层之间主要以较弱的范德华力相互作用。但是， 由于 Bi 较低的熔点和易氧化性， 想 要直接制备获得金属 Bi 的纳米结构存在一定挑战性。
3. 铋基催化材料的电化学 CO2 还原
3.1 电沉积
图 3 电沉积法合成Bi基电催化剂及CO2还原性能
图 2 金属电极在水溶液中电催化还原 CO2 的可能路径
3. 铋基催化材料的电化学 CO2 还原
铋（Bi）在元素周期表中与 Sn 和 Pb 相临。前期的理论和实验研究证实 Bi 具有和它 相邻元素类似的电化学特性，即较大的析氢过电势、较小的 CO 吸附能、对HCOO·较 强的稳定能力，是一种潜在的电化学 CO2 还原材料。
图 1 CO2 还原电催化材料在元素周期表中的分布
(1) H2选择性金属：Ni、Fe、Pt、Ti等。 具有较强的 CO 吸附能，容易受 CO 毒化而无法发生有效的 CO2 还原反应。
(2) 甲酸选择性金属：Sn、Pb、Bi、In等。 具有较弱的 CO 吸附能。电势较大时 才会发生 CO2 的有效活化。
铋基二氧化碳还原电催化材料研究进展
研究背景
近年来， 碳的捕集与利用成为一项实现大规模 CO2 减排的新兴技术 。CO2 作为一 种经济、安全、可持续的碳资源化合物，将其转化为燃料或高附加值化学品的发展 潜力巨大。利用传统化工技术实现 CO2 利用的方法通常需要较高的温度、压力等苛 刻的条件，在安全性、可行性和经济性等方面存在诸多问题。因此，开发 CO2 转化 和利用新技术，对保护生态环境和实现可持续发展具有重要的现实意义。
1. 电催化CO2还原
电化学CO2 还原反应相比其他电催化反应更为复杂，主要原因是 CO2 的还原反应涉 及了多步骤的质子耦合电子转移过程，具有多条可能的反应路径，能够产生一系列 不同的还原产物。
从表 1 可知，作为碳的最高价态氧化物，CO2 分子的热力学性质稳定，活化通常需要较负的 电势来驱动。 其次，CO2 电化学还原需要多电子、多质子共同 参与才能实现易生成多种产物以及副反应（HER） 在一定程度上直接影响了产物的选择性。
电沉积法是将金属或者合金从其化合物水溶液或非水溶液中通过电化学还原，将金属 原子以一定的形貌沉积在工作电极上的方法。该方法操作简便、工艺灵活，被广泛地 应用在各种金属纳米材料的制备上。
3. 铋基催化材料的电化学 CO2 还原
3.2 超声剥离
超声剥离是一种利用高频率声波在溶液 中的振动，将块体材料剥离成纳米材料 的技术。由于金属 Bi 独特的层状晶体 结构， 使用液相超声剥离法制备其纳米 结构是一种非常合适且有效的途径。
总结与展望
通过在催化材料中引入缺陷、杂原子、制备合金、与其他材料符合 等方法可以增加催化反应活性位点的数目，调控催化材料的本征电 子结构以及反应中间产物的形成过程，从而显著改善它们的催化性 能。
总结与展望
原位表征和理论模拟计算，从原子尺度建立精确的结构与性能的关 系，探究缺陷、复合杂化等对催化性能的影响，为进一步优化材料 和开发高催化活性、高选择2还原
评价指标
(1) 反应过电势：实际工作电势和理论电势的差值被定义为反应的过电势，需要指 明具体的工作电流密度。
(2) Tafel斜率 ：当反应主要由动力学控制时，其极化曲线通常用 Tafel 方程拟合， 其斜率是反应电流所需要相应增加的反应过电势。
(3) 转化频率 ：单位时间内每个活性中心上生成目标产物发生的电催化反应次数。 它排除了实验参数的影响，更真实地反映了材料的本征活性。
(3) CO选择性金属：Au、Ag、Zn、Pd等。具有适中的析氢催化活性和较弱的CO吸附能。 (4) CO2深度还原金属：Cu；对CO 具有适中的吸附能，进一步还原生成更为复杂的产物 ，
如 CH4、C2H4、CH3OH 等。
2. 电化学 CO2 还原到甲酸的现实意义
甲酸是 CO2 还原反应中一种最常见的产物，具有体积能量密度高、易于存储和运输 等优点。甲酸被广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等行业中。此外，甲酸还 是一种重要的储氢材料和化学燃料，直接甲酸燃料电池展现出比直接甲醇燃料电池 更为优异的应用前景。
电化学CO2还原技术面临诸多挑战。 1. CO2 属于热力学性质较稳定的化合物， 其 C=O 双键的活化过程需要克服较高
的能量势垒；2. 2. 在水相电解液中，往往会诱导析氢副反应的发生，显著影响 CO2还原反应的选
择性。
因此，深入研究 CO2 还原反应机制，开发高效、稳定、低廉的电催化材料是 CO2 还原的一个关键科学问题。