二氧化碳电催化还原 小组成员:仲家豪、房小骞、张茗民、谭皓原、陈鸿源
二氧化碳电催化还原 小组成员：仲家豪、房小骞、张茗民、谭皓原、陈鸿源
目录 基本介绍 电催化CO2还原研究概况 电催化CO2在单晶锕表面还原合成三碳产物 其他的电还原催化剂 总结与展望
目录 基本介绍 电催化CO2还原研究概况 电催化CO2在单晶铜表面还原合成二碳产物 其他的电还原催化剂 总结与展望
基本介绍 研究背景、衡量电催化剂性能的关键指标
基本介绍 ——研究背景、衡量电催化剂性能的关键指标
研究背景 》过量废气排放已经导致大气中二氧化碳含量不断攀升, 带来气候变化、海洋酸化等一糸列潜在威胁。遏制甚至 逆转这一趋势的方亲之一,是发展先进的人工固碳技术, 以捕捉大气中的CO2,实现碳中性。 电催化C0O2还原可得到一余列有商业价值的产物
研究背景 过量废气排放已经导致大气中二氧化碳含量不断攀升， 带来气候变化、海洋酸化等一系列潜在威胁。遏制甚至 逆转这一趋势的方案之一，是发展先进的人工固碳技术， 以捕捉大气中的CO2，实现碳中性。 电催化CO2还原可得到一系列有商业价值的产物
衡量电催化剂性能的关键指标 》过电位与电流密度。 法拉第效率。 》稳定性
衡量电催化剂性能的关键指标 过电位与电流密度。 法拉第效率。 稳定性
电催化CO2还原研究概况 电催化CO2还原的难度
电催化CO2还原研究概况 ——电催化CO2还原的难度
电催化CO2还原的难度 CO2自身化学惰性高。 》存在多种还原产物。反应存 在多种路径。各种路径之问 相互竞争,导致产物成分复 杂,对特定还原产物(尤其 ≯Co2在水中的嵱解度低。且 是复杂还原产物)的选择性 与碳酸、碳酸氫根、碳酸根往往不高。 等物种存在动态平衡,这些 物种均难以直接在电催化条 件下被还原。 存在副反应
电催化CO2还原的难度 CO2自身化学惰性高。 CO2在水中的溶解度低。且 与碳酸、碳酸氢根、碳酸根 等物种存在动态平衡，这些 物种均难以直接在电催化条 件下被还原。 存在多种还原产物。反应存 在多种路径。各种路径之间 相互竞争，导致产物成分复 杂，对特定还原产物(尤其 是复杂还原产物)的选择性 往往不高。 存在副反应
电催化CO2在单晶铜表面还原合成二碳产物 简介、反应机理(CO二聚机理)CHO+CO偶联机理)
电催化CO2在单晶铜表面还原合成二碳产物 ——简介、反应机理（CO二聚机理）（CHO+CO偶联机理）
简介 与生成一碳产物过程相比,三碳及多碳产物的生成涉及碳-碳偶联步骖,这在动 力学上是二级反应,不利于与析氫副反应的竞争,因此法拉第效率更低。目前实 验宝阶段的催化剂,催化生成一碳产物的法拉第效率可达95%以上,而二碳产物 的法拉第效率则一般为60%左右,三碳产物目前最高为21%,一般在10%以下 目前最具前景的目标产物是一氧化碳、甲酸和乙烯,此外,乙醇作为一种重要的 剂、液态燃料和生产诸多化工产品的原料,也是电催化CO2期望得到的一种二 碳产物
简介 与生成一碳产物过程相比，二碳及多碳产物的生成涉及碳-碳偶联步骤，这在动 力学上是二级反应，不利于与析氢副反应的竞争，因此法拉第效率更低。目前实 验室阶段的催化剂，催化生成一碳产物的法拉第效率可达95%以上，而二碳产物 的法拉第效率则一般为60%左右，三碳产物目前最高为21%，一般在10%以下。 目前最具前景的目标产物是一氧化碳、甲酸和乙烯，此外，乙醇作为一种重要的 溶剂、液态燃料和生产诸多化工产品的原料，也是电催化CO2期望得到的一种二 碳产物
CO二聚机理 Lowest overpotential pathways to C2 species 吸附在Cu(100)表面的两个CO分子在 电极极化作用下通过电子转移过程发 HO 生偶联,形成二聚体C2O2 》首先,指向表面以外的帶有较多负电 荷的O原子发生加氫,形成* HOCC (H+e) (H"+e (H"+e) 中间体,该中间体进一步加氩脱水形 成气CCO,此肘碳碳双键已经形成。 C Ha (H+e) 接下来三步加氨先后发生在QC原子、 H 羰基0原子、C原子上,生成一种 重要的中间体CH2CHO。 后的加氫反应可能存在两种路徑: H+e (1)若碳碳双键保留,加氫发生在与O原 H CHCH,OH 子相连的C原子上,生成乙烯发生脱附 H2o H-C- H (2)若碳碳双键打开,生成CH3CHO中间 体,进而经历两步加氫生成乙醇
CO二聚机理 吸附在Cu(100)表面的两个CO分子在 电极极化作用下通过电子转移过程发 生偶联，形成二聚体*C2O2 –。 首先，指向表面以外的带有较多负电 荷的O原子发生加氢，形成*HOCCO 中间体，该中间体进一步加氢脱水形 成*CCO，此时碳碳双键已经形成。 接下来三步加氢先后发生在α-C原子、 羰基O原子、α-C原子上，生成一种 重要的中间体*CH2CHO。 后续的加氢反应可能存在两种路径: (1)若碳碳双键保留，加氢发生在与O原 子相连的C原子上，生成乙烯发生脱附 (2)若碳碳双键打开，生成*CH3CHO中间 体，进而经历两步加氢生成乙醇