酸性条件下二氧化碳高效电还原策略（英文）

二氧化碳电还原技术可以将可再生电能与温室气体二氧化碳转化为高价值燃料和化学品.选择性、能量转化效率、碳利用效率和可持续性是评价二氧化碳电还原技术是否具有工业应用前景的主要指标.在碱性或中性电解液中进行二氧化碳电还原,由于部分二氧化碳在阴极转化为碳酸盐,导致碳利用效率降低.碱性电解液和中性电解液还分别存在电解液再生过程耗能巨大和溶液电阻较高等问题.这些因素导致使用碱性和中性电解液的二氧化碳电还原技术能量转化效率低下.最近,酸性条件下二氧化碳电还原技术有望提高碳利用效率和能量利用效率,成为研究热点.然而,在酸性条件下提升二氧化碳还原选择性具有挑战.前期研究已发展了多种策略以抑制酸性条件下的氢离子还原反应并促进二氧化碳还原反应,但研究者对于酸性条件下的阳离子效应以及局域pH效应等基础科学问题认识尚不一致.此外,气体扩散电极内的碳酸氢盐盐析问题仍限制着酸性条件下二氧化碳还原电解系统的可持续性.因此,亟需对促进酸性条件下二氧化碳电还原的不同策略及可能机制进行总结,并探讨进一步提升电解系统可持续性的潜在路径.本文首先概述了酸性条件下二氧化碳电还原技术的提出及发展历程,对比了碱性、中性和酸性电解液中...     

LiPF_6/三氟乙酰胺室温熔盐的制备及在碳-碳电容器中的性能

利用LiPF6和三氟乙酰胺为前驱物,制备了低共熔温度约为-62℃的室温熔盐,并测试了该熔盐作为碳-碳电化学电容器(EDLCs)电解液时的性能。其中,使用差示扫描量热法(DSC)和红外光谱法(FTIR)分析了不同LiPF6和三氟乙酰胺配比熔盐的热稳定性,拟制了该二元组分的共熔相图,认为LiPF6和三氟乙酰胺极性基团间的氢键作用促成了室温熔盐的形成。循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)和电导等测定结果表明,所制备的LiPF6/三氟乙酰胺电解液的室温电导率为1.30mS/cm,电化学窗口大于5.6V,大于60℃的使用温度,作为电解液可满足碳-碳EDLCs的使用要求。     

Preparation and Performances of Room Molten Salt as Electrolyte in Carbon-carbon Capacitor Based on LiPFe and Trifluoroacetamide

利用LiPF6和三氟乙酰胺为前驱物,制备了低共熔温度约为-62℃的室温熔盐,并测试了该熔盐作为碳-碳电化学电容器（EDLCs）电解液时的性能。其中,使用差示扫描量热法（DSC）和红外光谱法（FTIR）分析了不同LiPF6和三氟乙酰胺配比熔盐的热稳定性,拟制了该二元组分的共熔相图,认为LiPF6和三氟乙酰胺极性基团间的氢键作用促成了室温熔盐的形成。循环伏安（CV）、交流阻抗（EIS）和电导等测定结果表明,所制备的LiPF6/三氟乙酰胺电解液的室温电导率为1.30mS/cm,电化学窗口大于5.6V,大于60℃的使用温度,作为电解液可满足碳-碳EDLCs的使用要求。     

Cr_2O_3粉末在CaCl_2熔盐中直接电化学还原的金属通腔电极研究

应用金属通腔电极研究Cr2O3粉末于熔盐中的电化学行为,验证了900℃下Cr2O3粉末在含镁量<0.005%氯化钙熔盐中的分步还原机理,估算其电化学还原动力学参数;并由扫描电镜观察产物形貌,分析电解电位和时间对金属颗粒尺寸的影响.     

熔盐电化学低碳冶金新技术研究

本文重点介绍“氯化物熔盐体系电解还原固态氧化物冶金过程的高效化”和“氯化物熔盐体系电裂解硫化物及熔融碳酸盐与熔融氧化物体系电分解氧化物无温室气体排放冶金”的研究进展,结合武汉大学的部分代表性工作阐述了相关技术的原理,以期揭示熔盐电解技术在节能减排和资源高效利用上的优势及其发展前景,为发展短流程、低碳高效的电化学冶金工业提供理论和技术支持。     

多金属氧酸盐材料在二氧化碳电催化还原领域中的研究进展

随着工业发展和全球人口的持续增长,人类对化石燃料的消耗日益增加,从而导致大气中二氧化碳含量的显著增加以及与之相伴的一系列环境问题.电化学还原二氧化碳制备高附加值的燃料和化学品具有稳定的效率和较高的经济可行性等特点,目前已成为一种有前景的策略来缓解当前全球面临的能源短缺和气候变暖问题.然而,电催化二氧化碳还原过程存在反应能垒高和复杂的多电子/质子耦合过程等不足,因此,合理有效的电催化剂设计成为该领域的关键问题.近年,理解和明确电化学二氧化碳还原反应过程的活性起源、选择性调控机制和催化反应机理已成为高效电催化剂设计过程中的重要指导原则.作为一类独特的纳米尺度的金属氧簇,多金属氧酸盐(多酸)已成为二氧化碳还原领域的热点材料.尤其是,多酸明确的结构、优越的电子/质子存储转移能力和二氧化碳吸附活化能力有助于探究二氧化碳还原反应过程中的活性起源和构效机制.因此,利用多酸阐明电化学二氧化碳还原反应中的这些关键问题对于开发高效、可实用化的电催化剂意义重大.本文综述了近年多酸在电催化二氧化碳还原反应中取得的进展,重点介绍了多酸阴离子均相分子催化剂、多酸基无机-有机杂化材料催化剂、多酸电解质溶液、多酸-纳米复合材料在电催化二氧化碳还原反应中的应用.利用密度泛函理论结合原位实验证据推测了可能的反应机理,探讨了多酸对电催化活性和产物选择性的影响,揭示了电子/质子存储-转移过程和多酸表面修饰工程在电催化二氧化碳还原过程中的重要作用.最后,本文还分析了多酸基材料存在的问题与面临的挑战,并对多酸基材料在二氧化碳还原领域的未来发展进行了展望,这对理解电催化二氧化碳还原反应中的关键步骤和开发新型高效的电催化二氧化碳还原电催化剂具有启发意义.     

铜电极上二氧化碳还原机理的研究进展

本文从历史角度综述了二氧化碳在铜基催化剂上的还原机理的最新研究进展,对区分C1和C2产物路径发生的机制,以及调控二氧化碳还原产物选择性的影响因素和方法进行了重点阐述,着重讨论了如何利用电化学红外光谱与微分电化学质谱等技术在揭示反应机理方面的研究思路与方法学.     

多金属氧酸盐材料在二氧化碳电催化还原领域中的研究进展（英文）

随着工业发展和全球人口的持续增长,人类对化石燃料的消耗日益增加,从而导致大气中二氧化碳含量的显著增加以及与之相伴的一系列环境问题.电化学还原二氧化碳制备高附加值的燃料和化学品具有稳定的效率和较高的经济可行性等特点,目前已成为一种有前景的策略来缓解当前全球面临的能源短缺和气候变暖问题.然而,电催化二氧化碳还原过程存在反应能垒高和复杂的多电子/质子耦合过程等不足,因此,合理有效的电催化剂设计成为该领域的关键问题.近年,理解和明确电化学二氧化碳还原反应过程的活性起源、选择性调控机制和催化反应机理已成为高效电催化剂设计过程中的重要指导原则.作为一类独特的纳米尺度的金属氧簇,多金属氧酸盐(多酸)已成为二氧化碳还原领域的热点材料.尤其是,多酸明确的结构、优越的电子/质子存储转移能力和二氧化碳吸附活化能力有助于探究二氧化碳还原反应过程中的活性起源和构效机制.因此,利用多酸阐明电化学二氧化碳还原反应中的这些关键问题对于开发高效、可实用化的电催化剂意义重大.本文综述了近年多酸在电催化二氧化碳还原反应中取得的进展,重点介绍了多酸阴离子均相分子催化剂、多酸基无机-有机杂化材料催化剂、多酸电解质溶液、多酸-纳米复合材料在电催化二氧化碳还原反应中的应用.利用密度泛函理论结合原位实验证据推测了可能的反应机理,探讨了多酸对电催化活性和产物选择性的影响,揭示了电子/质子存储-转移过程和多酸表面修饰工程在电催化二氧化碳还原过程中的重要作用.最后,本文还分析了多酸基材料存在的问题与面临的挑战,并对多酸基材料在二氧化碳还原领域的未来发展进行了展望,这对理解电催化二氧化碳还原反应中的关键步骤和开发新型高效的电催化二氧化碳还原电催化剂具有启发意义.     

铜电极上二氧化碳还原机理的研究进展（英文）

本文从历史角度综述了二氧化碳在铜基催化剂上的还原机理的最新研究进展,对区分C1和C2产物路径发生的机制,以及调控二氧化碳还原产物选择性的影响因素和方法进行了重点阐述,着重讨论了如何利用电化学红外光谱与微分电化学质谱等技术在揭示反应机理方面的研究思路与方法学.     

不同预处理的氧化亚铜纳米线电极诱导的晶面效应提升电化学CO2还原为多碳产物

近年来,由于化石燃料不断消耗造成的二氧化碳气体过量排放,对人类生活环境造成越来越大的威胁.电催化二氧化碳还原反应是一种很有前景的解决方法,可回收废弃的二氧化碳并通过将其转化为可再生的燃料和化学品来最终实现碳循环.在各种还原产物中,多碳化学产物因其具有高能量密度和高商业价值而备受青睐.然而,由于涉及多个复杂的反应途径,设计对多碳产物高活性的催化剂仍然是一个关键挑战.铜是目前最有前途的催化剂之一,它具有独特的电子结构来吸附CO中间体,从而促进后续C-C偶联成多碳产物.虽然Cu基催化剂在电催化二氧化碳还原过程中取得了很大的进展,但其内在的构效关系尚不清楚.本文对氧化亚铜纳米线进行不同处理,制备了纳米颗粒和纳米片形貌的预催化剂,并发现了预还原过程中形貌和晶面发生了重构,对多碳产物的产生表现出最好的选择性,其法拉第效率为67.5%.X射线衍射结果表明,纳米片衍生的铜催化剂在预还原后发生了晶面的重构,其中铜(100)晶面相对于其他两个晶面呈现大量暴露.采用循环伏安法测试二氧化碳还原实验后三种电极的OH^-吸附曲线,结果进一步证实了铜(100)晶面在预还原后大量暴露.由于丰富的铜(100)晶面的选择性暴露可以增强CO的吸附并提高表面*CO的覆盖率,进一步促进C-C的二聚,从而提高催化生成多碳产物的活性.X射线光电子能谱结果表明,三种催化剂预还原后,表面铜均呈现零价和一价,没有二价铜的存在.本文还比较了三种催化剂的双层电容,并计算了它们的电化学活性面积,以研究三种催化剂的粗糙度效应对二氧化碳还原产物的影响.结果表明,三种催化剂有着相似的粗糙度,从而排除了由于粗糙度不同引起的二氧化碳还原产物不同分布的影响.此外,成功合成了铜(100)、铜(110)和铜(111)单晶电极,并在相同条件下分别进行电催化二氧化碳还原研究.结果表明,铜(100)晶面更有利于电催化二氧化碳还原中多碳产物的生成.综上可见,预处理和结构演变对铜基电催化剂催化二氧化碳还原的产物分布影响显著,为合理设计高效的二氧化碳还原电催化剂提供了一种新的策略.     

二氧化钛涂覆多壁碳纳米管的制备及可见光催化活性

以多壁碳纳米管(MWCNTs)为反应性模板, 金属钛粉为钛源, 采用熔盐法制备碳化钛涂覆的MWCNTs中间体, 然后通过控制氧化制备二氧化钛涂覆的MWCNTs复合光催化剂. 考察了熔盐反应温度、MWCNTs和钛粉的摩尔比及氧化温度等对产物的结构和形貌的影响. 采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对其进行了系统的表征; 以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应, 考察了催化剂的可见光(λ>420 nm)催化活性. 结果表明: 所制备的催化剂基本保持了原始MWCNTs的纤维状形貌, 二氧化钛涂层在MWCNTs表面分布均匀, 并与MWCNTs之间结合紧密, 形成了Ti－O－C键. MWCNTs增强了污染物亚甲基蓝在催化剂表面的吸附, Ti－O－C键的形成使得在二氧化钛价带附近形成了杂质能级, 提高了对可见光的吸收和利用, 因此所制备的TiO₂/MWCNTs复合光催化剂表现出较高的可见光催化活性.     

二氧化碳电还原制草酸研究进展

近年来, 二氧化碳过量排放所引发的全球变暖等气候问题引起了全世界的广泛关注, 碳减排已成为人类社会可持续发展面临的共同挑战. 利用电化学方法将二氧化碳转化为高附加值化学品是实现碳减排和二氧化碳高附加值利用的理想途径之一, 但仍面临能耗高、 二氧化碳转化率低、 产物选择性差和难分离等问题. 本文以电还原二氧化碳制草酸为例, 从反应机理、 催化剂、 电解液、 催化电极及反应器等方面介绍该反应的研究进展, 对当前二氧化碳电还原制草酸存在的关键问题进行了分析, 并对其未来研究方向进行了展望.     

电化学还原二氧化碳合成碳材料电催化还原氧气合成过氧化氢北大核心CSCD

研究了3种不同阳极(铜丝,镀锌铁丝和镍丝)材料对在熔盐中电化学还原CO_(2)制备的碳材料结构和形貌的影响,并探究了制备的3种碳材料,中空四面体碳(HQC,Cu作为阳极时的还原产物)、碳纳米片(CNS,Fe作为阳极时的还原产物)和海绵状多孔碳(SPC,Ni作为阳极时的还原产物),对2电子氧还原反应(2e;ORR)的电催化性能。研究表明,使用镀锌铁丝作为阳极材料制备的CNS由大量的碳纳米片构成,且该纳米片上具有丰富的孔洞结构以及较大的I_(D)/I_(C)(Raman光谱中D峰与G峰的强度之比,其比值反映材料的缺陷程度)值(0.996)。与HQC和SPC相比,CNS表现出最高的2e;ORR电催化活性和H_(2)O_(2)选择性(接近90%)。CNS的高活性和高选择性归因于其高的I_(D)/I_(C)值和高C—O/C=O比值,说明结构缺陷和C—O/C=O官能团对CNS催化性能至关重要。此外,CNS还具有非常优异的电催化稳定性,在长达14 h的恒电压电化学催化测试后,环电流几乎无衰减。这种以CO_(2)为碳源合成可用于电催化合成过氧化氢(H_(2)O_(2))的碳材料的方法,不仅可以作为缓解温室效应的潜在选项,也为CO_(2)衍生碳的实际应用提供了新的思路。     

CO2电化学还原研究进展

综述了利用电化学方法研究CO2在水溶剂，非水溶剂中的转化情况和机理，以及将CO2固定在有机络合物中或用光电化学，光催化还原CO2及仿光合作用转移CO2的最新研究情况，旨在寻求一种合理，高效的CO2转化方法以缓解温室效应。     

电化学还原处理对碳纸形貌和电化学电容的影响

对电化学还原处理过程中碳纸的形貌和电容的变化进行了研究. 扫描电子显微镜观测结果显示电还原使碳纤维分解为碳颗粒, 并且表面粗糙度增加. 拉曼光谱结果显示I_D/I_G的比值在还原处理1 min后即出现改变, 表明碳纸无序度增加. BET测试结果显示电还原处理后碳纸的比表面积明显增加. X射线光电子能谱结果表明还原处理后碳纸表面羟基的数量随之增加. 此外, 在-1.6 V下还原5 min后碳纸电容增加到原来的15倍, 并在1500个循环的稳定性测试中保持不变, 显示出良好的稳定性.     

Pure and Metal-confining Carbon Nanotubes through Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide in Ca-based Molten Salts

To be successfully implemented, an efficient conversion, affordable operation and high values of CO₂-derived products by electrochemical conversion of CO₂ are yet to be addressed. Inspired by the natural CaO-CaCO₃ cycle, we herein introduce CaO into electrolysis of SnO₂ in affordable molten CaCl₂-NaCl to establish an in situ capture and conversion of CO₂. In situ capture of anodic CO₂ from graphite anode by the added CaO generates CaCO₃. The consequent co-electrolysis of SnO₂ and CaCO₃ confines Sn in carbon nanotube (Sn@CNT) in cathode and increases current efficiency of O₂ evolution in graphite anode to 71.9 %. The intermediated CaC₂ is verified as the nuclei to direct a self-template generation of CNT, ensuring a CO₂-CNT current efficiency and energy efficiency of 85.1 % and 44.8 %, respectively. The Sn@CNT integrates confined responses of Sn cores to external electrochemical or thermal stimuli with robust CNT sheaths, resulting in excellent Li storage performance and intriguing application as nanothermometer. The versatility of the molten salt electrolysis of CO₂ in Ca-based molten salts for template-free generation of advanced carbon materials is evidenced by the successful generation of pure CNT, Zn@CNT and Fe@CNT.     

碳纳米管在室温熔盐中的电容特性

研究了碳纳米管在室温熔盐二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂(LiTFSI)-乙酰胺中的电容特性. 将碳纳米管制成薄膜电极, 以LiTFSI-乙酰胺为电解液, 装配成模拟电容器, 用循环伏安和恒流充放电法研究其电化学性能. 结果表明, 碳纳米管在室温熔盐中表现出典型的电容特性, 其比电容为22 F•g^-1, 模拟电容器的工作电压可达2.0 V, 具有非常好的循环性能, 循环充放电1000次后容量损失仅10%, 表明室温熔盐是超级电容器非常有前景的新型电解液.     

Versatile Use of Carbon Dioxide in the Synthesis of Carbamates

Summary. Organic carbamates classically have been synthesized using harmful and toxic reagents like phosgene, its derivatives, and carbon monoxide. Recently, carbon dioxide was used as a cheap and harmless reagent for the synthesis of organic carbamates in the gaseous or supercritical state, or in an electrochemical process, or organic carbonates as sources of carbon dioxide as an alternative to the harmful reagents. The present review will deal with the extensive use of carbon dioxide in the synthesis of organic carbamates.     

Metal-Organic Frameworks for Efficient Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide

The large concentration of carbon dioxide (CO₂) in the atmosphere can be utilized in industrial production using effective electrocatalysts such as metal-organic frameworks (MOFs). Due to good properties such as high surface area, designable functionality, and uniform constitution, MOFs are regarded as promising electrocatalysts for the carbon dioxide electrochemical reduction reaction (eCO₂RR). This review covers the importance, challenges, and mechanism of eCO₂RR, and simply discusses the progress in the synthesis methods and characterization of MOFs. The review also thoroughly discusses the advances of single metal-based MOFs, mixed metal-based MOFs, and MOF derivatives as electrocatalysts for efficient eCO₂RR.     

Advancements and potentials of molten salt CO2 capture and electrochemical transformation (MSCC-ET) process

Electroreduction of CO₂ in molten salts, also called molten salt carbon capture and electrochemical transformation (MSCC-ET), can convert CO₂ into value-added carbonaceous materials or CO in a comparably high rate with high energy efficiency. It shows a promising potential to contribute to the earth's atmospheric carbon balance, the intermittent renewable energy storage, carbon materials production, and air quality control of the local environment. This short review briefly introduces the principle of the MSCC-ET process, the state-of-the-art of the process, its potential of commercialization in terms of process efficiency, product marketing and economy, and finally, the opportunities and challenges in future research and development.