金属有机框架离子交换得到的镍单位点催化剂用于二氧化碳电催化还原

正电催化还原二氧化碳制备碳氢化合物或液体燃料等是CO_2化学利用的重要途径,也是CO_2反应化学的主要内容~(1–4)。过渡金属单原子结构催化剂由于其独特的电子和几何特性,其在一些重要的化学反应中通常会表现与传统的纳米粒子或者原子簇完全不同的催化性能~(5–8)。但是,过渡金属单原子结构催化剂的制备以及电催化二氧化碳还     

二氧化碳电化学还原的研究进展

利用低品阶的可再生电能,将二氧化碳(CO_2)电化学还原生成高附加值的化学品或燃料,既可以"变废为宝"、减少CO_2排放,又能将可再生能源转变为高能量密度的燃料储存,具有重要的现实意义。电化学还原CO_2的研究,是目前世界范围内的研究热点,许多标志性的重要研究成果不断涌现。本文首先简要介绍了CO_2电化学还原的基本原理,然后概述了近5年来在其电催化剂材料和反应机理相关的实验与理论研究方面的昀新研究进展,昀后对其发展趋势进行了展望。     

功能化离子液体吸收活化二氧化碳制取甲酸

正二氧化碳是主要的温室气体,同时又是重要的碳资源。因此,二氧化碳的捕集和利用(CO_2 capture and utilization,CCU)在解决由于化石燃料的大量使用所导致的环境和能源问题等方面具有重要的意义~(1–3)。与传统的二氧化碳捕获和存储(CO_2 capture and storage,CCS)技术相比~4,CCU强调将捕获的CO_2作为一种碳资源转化为化学品     

缺陷态钒酸铋超薄结构实现高效稳定的光还原二氧化碳性能

<正>人工光催化还原二氧化碳是利用太阳能激发半导体光催化材料产生光生电子与空穴,诱发氧化-还原反应将CO_2和H_2O转化为碳氢燃料,是一种转化和利用CO_2的新途径。与其它方法相比,该过程在常温常压下进行,直接利用太阳能,可实现碳的循环使用,因而被认为是最具前景的CO_2转化方法之一~(1,2)。近年来,研究表明一些氧化物和硫化物等具有光还原CO_2活性,但这些材料低的光转换效率以及严重的光腐蚀限制了其进一步的应     

单原子配位结构及与载体相互作用的调控用于二氧化碳电催化还原

电催化二氧化碳还原(ECR) 制备高值化学品被认为是在碳中和背景下实现可再生能源存储及降低CO₂浓度的一种有效策略。为了实现此目标,催化剂的开发与设计是ECR研究的关键。单原子催化剂(SACs) 因其独特的电子结构、明确的配位环境和极高的原子利用率,近年来在ECR领域引起了广泛关注。通过调节SACs的中心金属元素种类和局部配位结构,可有效调节SACs对CO₂和其还原中间体的吸附强度和催化活性。本文总结了SACs在ECR领域所取得的最新研究进展,重点讨论了SACs的配位结构及其与载体之间的相互作用对催化活性的影响以及相关调控策略,最后,提出了SACs应用于ECR所面临的机遇与挑战。     

氮杂穴醚双核钴配合物用于高效可见光催化二氧化碳还原

<正>能源短缺和二氧化碳排放引起的全球变暖是人类社会可持续发展所面临的主要问题。同时解决这两大问题的一条理想途径是利用催化剂和太阳能,通过人工光合作用将二氧化碳转化为有用的化学燃料或原料~1。要实现这一过程,关键在于设计合成高效、高选择性的CO2还原催化剂,并与光敏剂耦合构建高效光催化反应体系~2。目前文献报道的光催化CO_2还原生成CO催化剂的催化效率不高3-5,其催化转化数(TON)和转化频率(TOF)分     

铜配合物衍生铜-氧化亚铜催化剂的原位电合成及其对二氧化碳电还原制备C_2产物催化性能的研究

<正>二氧化碳(CO_2)是主要的温室气体,同时也是廉价、无毒、丰富、可再生的C_1资源~1。将CO_2转化为高附加值化学品具有碳资源合理利用和环境保护双重意义,近年来引起国内外的广泛关注。然而,由于CO_2热力学稳定、动力学惰性,其转化利用存在热力学和动力学的双重难题。采用电化学方法将CO_2转化为液体燃料和高附加值化学品,是     

稀土Er单原子促进光催化CO_2还原反应

正二氧化碳(CO_2)还原反应能够将CO_2还原为一氧化碳和甲酸、甲醇、甲烷等高附加值的碳氢化合物燃料。由于CO_2是一种极为稳定和不活泼的分子,CO_2转化为高附加值的燃料需要合适的催化剂或者较高的能量,这是一个极具挑战性的科学问题1–3。光催化CO_2还原是模拟自然光合作用的过程,也是实现太阳能向化学能转化的一种重要途     

在大电流密度电催化二氧化碳还原反应中的单原子催化剂

二氧化碳电还原(ECR)是一种环境友好的能源转换方式,可以将CO₂转化为各种具有高附加值的燃料或化学品,但是在大电流密度下通常存在反应活性、产物选择性和长周期稳定性差的问题。单原子催化剂具有高选择性、高催化活性和高原子利用率等优点,在ECR过程中具有巨大的潜力。如何设计高活性、高选择性和长周期稳定性的单原子催化剂用于大电流密度下电催化CO₂还原成为该领域的热点研究问题。本文综述一系列单原子催化剂在大电流密度下的ECR反应的研究进展,重点总结了增强单原子催化剂在大电流密度下ECR性能的活性、产物选择性及长周期稳定性调控机制,为系统设计和制备ECR单原子催化剂提供了思路,并对ECR单原子催化剂工业化应用的机遇与挑战进行了展望。     

单原子催化剂在电催化CO2还原中的应用进展(英文)

电催化CO₂还原(ECR)是减少碳排放和促进碳循环的理想方法之一。单原子催化剂(SACs)由于其最大的原子利用率、优异的活性和选择性,已成为多相催化领域的前沿之一进以得到广泛应用。鉴于SACs在ECR领域的探索和应用,本文综述了基于SACs在ECR中应用的研究进展,并提出了SACs在ECR中应用的挑战和前景。具体介绍：(1)介绍了ECR的反应机理,(2) SACs的常用制备策略,(3) SACs在新型Zn-CO₂电池中的应用。最后,提出了SACs在ECR中所面临的挑战和机遇。     

水系体系中CO2在稀土(Nd)(Ⅲ)双酞菁修饰电极上的电催化还原研究

探讨了CO_2在稀土(Nd)(Ⅲ)双酞菁修饰电极上的电催还原行为。通过滴涂法将稀土(Nd)(Ⅲ)双酞菁担载在玻碳电极上制备成它的修饰电极,在水溶液中利用循环伏安、红外光谱法等方法研究制备的修饰电极对CO_2的电催化还原性能。结果表明,所制备的稀土(Nd)(Ⅲ)双酞菁修饰电极对CO_2的电催化还原有较高的活性,还原电流随修饰量增加而变大,修饰电极的还原电流与溶液的pH值有关,随着pH值变大,还原峰向负方向移动。实验结果表明,稀土(Nd)(Ⅲ)双酞菁修饰电极对二氧化碳电化学还原具有很好的电催化活性,在该修饰电极上,CO_2可在较正的电位下被还原。     

离子液体在CO_2电还原反应过程中的催化作用与机理研究

在1-丁基3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐([Bnlim][CF_3SO_3])/碳酸丙烯酯(PC)溶液中,采用循环伏安曲线、交流阻抗谱及阻抗模拟方法,研究了CO_2在Au上发生电还原反应的速率控制步骤与离子液体的催化作用.结果表明,在CO_2电还原反应过程中,吸附态CO_2经单电子还原生成CO_2~-自由基是速率控制步骤.由于离子液体的催化作用,CO_2在[Bmim][CF_3SO_3]/PC溶液中电还原的过电位比在四丁基三氟甲基磺酸铵([Bu_4N][CF_3SO_3])/PC溶液中降低了239 mV.交流阻抗测试结果表明,离子液体中的阳离子[Bmim]~+吸附在Au电极表面,形成离子液体吸附层,吸附态的CO_2分子经单电子还原后生成CO_2~·-)自由基,与周围离子液体发生相互作用,形成中间体[Bmim-CO_2]_(ad),降低了CO_2~(·-)的能量状态,使得CO_2电还原反应的过电位大幅度降低.     

CO_2化工:离子微环境调控的CO_2绿色高效转化

二氧化碳(CO_2)是典型的温室气体,又是重要的可再生碳资源,实现CO_2的资源化利用是国际前沿和研究热点.结合本课题组的工作,本文总结和评述了离子液体特殊微观结构及离子微环境构筑、离子液体与CO_2间的相互作用机制、离子液体强化CO_2催化合成碳酸酯、CO_2电化学还原、CO_2生物催化还原方面的研究进展,并展望了未来发展方向.     

纳米晶枝CuAu合金催化剂对二氧化碳电催化还原性能的研究（英文）

利用可再生清洁能源将CO_2转化为CO和其他小分子是合成含碳燃料的可观方法之一。间歇性可再生能源存储的重要策略之一是将二氧化碳进行电化学还原。选择具有高活性和稳定性的电催化剂对于电化学还原CO_2至关重要。在这项研究中,我们使用简单的电沉积方法合成了具有纳米晶枝状结构的CuAu合金电极。各项表征显示原子比约为1:1的CuAu纳米枝晶对CO_2的电化学还原具有出色的催化活性。合成的主要产物是H2和CO,这是合成气体是合成天然气,氨和甲醇合成的中间体。电化学阻抗谱(EIS)测量表明,相对于Cu和Au电沉积催化剂,CuAu纳米晶枝状催化剂具有相对低的电荷转移阻力。CuAu纳米枝晶催化剂是一种具有潜在的转化CO_2为合成气体的高活性电催化剂。     

过渡金属单原子电催化剂还原CO2制CO

电催化二氧化碳还原(ECR)技术是实现“碳中和”目标的一种理想途径,而过渡金属单原子催化剂具有电子结构可调、原子利用率高和活性位点均一等特点,在ECR研究中具有显著优势。本文首先介绍了单原子电催化剂在还原CO₂尤其是在选择性生成CO研究中的优势,然后综述了近年来Fe、Co、Ni及其他单原子电催化剂的反应位点调控策略与电催化选择性的调控机制,重点对质子耦合CO₂还原生成CO的中间过程调控进行了归纳总结,并简要展望了发展方向,以期为推动单原子催化剂在ECR中规模化应用提供指导和参考。     

表面应力效应调控钯纳米晶二氧化碳电催化还原性能

<正>目前,与人们日常生活密切相关的液体燃料、化学品、电和热等主要依赖石油、煤和天然气等化石能源经过工业炼制或高效燃烧等过程转化。在转化过程中二氧化碳的大量排放对人们赖以生存的生态环境造成了严重威胁。电催化还原二氧化碳提供了一条将作为排放物的CO_2高效转变为高值化学品新途径~1。简单地说,利用可再生电     

在TiO_2纳米阵列上电沉积RuO_2用于CO_2电还原（英文）

传统上,RuO_2/TiO_2复合电极制备是通过在TiO_2/Ti基体上多次涂覆含Ru前驱体溶液和随后热分解(TD)来实现的.为克服上述方法中Ru用量大和利用率低之不足,本工作主要基于循环伏安法(CV)在TiO_2纳米管阵列(TNA)上电沉积RuO_2制备RuO_2~(CV)/TNA复合电极.SEM、GIXRD和CV结果表明,电沉积的RuO_2为无定型结构,所制备电极中的Ru用量约为传统的RuO_2~(TD)/TNA电极中Ru用量的1/30.尽管两电极催化CO_2还原产物的法拉第效率接近,但是RuO_2~(CV)/TNA电极比RuO_2~(TD)/TNA电极展示了更高的还原电流,较正的初始还原电位和更好的稳定性.与磷酸盐缓冲溶液中电还原CO_2相比,RuO_2~(CV)/TNA电极在0.1 mol·L~(-1) KHCO_3中电还原CO_2除生成更高法拉第效率的甲酸根和甲烷外,还检测到CO的生成.     

CO_2活化和转化策略研究进展

CO_2是大气中主要温室气体之一,也是丰富、可再生的C_1资源,将CO_2转化为有价值的化学品不仅能缓解化学工业对化石资源的依赖,还能有效减少CO_2排放.然而, CO_2内在的热力学稳定性和动力学惰性,决定了CO_2的活化及合理转化路线的开发是其成功转化的关键.18年来,何良年课题组在CO_2转化策略的设计和基于活化机理的高效催化剂开发方面做了系统的工作,不仅提出了碳捕集与转化偶合、CO_2分级可控还原功能化、利用多组分串联反应突破热力学限制及光促进的CO_2转化等策略,还针对不同的策略开发出了相应的高效催化体系,实现了温和条件下CO_2的转化.基于何良年课题组工作对可持续发展的二氧化碳化学进行概述,希望能为同行提供有益借鉴,进一步推动CO_2化学的的应用与发展.     

中国一些地区温泉中天然气的地球化学特征及碳、氦同位素组成

中国一些地区温泉气的主要组分是CO_2或N_2,烷烃气含量低或无,同时含极微量的氦。温泉气的δ~(13)C_1主频率峰在-20‰至-22‰,说明温泉气的甲烷主要是无机成因的。温泉气的δ~(13)C_(CO_2)主频率峰在-4‰至-8‰,反映温泉气的CO_2也主要是无机成因的。δ~(13)C_(CO_2)值与CO_2含量正相关,其回归方程为δ~(13)C_(CO_2)(‰)≈0.966lgCO_2-6.354,δ~(13)C_(CO_2)值与N_2含量负相关,其回归方程为δ~(13)C_(CO_2)(‰)≈-3.193-0.109 N_2。根据氦同位素组成特点,可划分出幔源温泉气和壳源温泉气,前者R/R_a>1,后者R/R_a<1。     

铜–锑双金属合金高效电催化还原二氧化碳制乙烯（英文）

随着全球工业化进程的快速发展,日益增多的人类活动不仅加速化石燃料的消耗,还会导致温室气体二氧化碳(CO_2)的大量排放.同时,CO_2也是廉价、无毒无害、储量丰富的C_1资源,将其转化为有价值的化学品具有碳资源合理利用和环境保护的双重意义.近年来,采用电化学方法温和条件下还原CO_2为重要化学品和燃料引起广泛关注.其中,探索廉价电催化剂,高效催化还原CO_2为C_2产物仍是一个具有挑战性的课题.铜基催化剂由于自身低成本和可还原CO_2为多种碳氢产物的优点而备受关注.然而,铜基电催化材料具有选择性差、失活严重和效率低等缺点,并且在电催化还原CO_2过程中需要较高的过电位,反应过程中会受到氢气析出副反应的影响.为了得到一种化学性质稳定、高电流密度和高选择性等优点的材料在电催化CO_2还原中得到了广泛的研究.然而,单纯的铜催化剂对CO_2分子的活化以及反应中间体的吸附能力较低,导致了铜基材料催化剂电催化CO_2还原活性及选择性较低.因此,开发出可实际应用的高效率和高选择性的电极材料是当前该技术研究中亟待解决的关键科学问题.近年来,铜基二元合金在电催化CO_2还原反应中受到广泛关注.由于二元金属的电子结构和各元素的电子结合能发生变化,其催化活性明显优于单金属催化剂.因此,铜基双金属合金在提高CO_2还原产物选择性方面具有广阔的前景.本文采用低温还原的方法制备了一系列不同组成的Cu–Sb双金属合金,系统研究了一系列不同配比的Cu–Sb双金属合金对电催化还原CO_2为乙烯的影响.研究发现,当Cu/Sb比例为10/1(Cu_(10)–Sb_1)时,可有效提高乙烯的法拉第效率及电流密度.当以0.1 M KCl水溶液作为电解液,电位为–1.19 V vs.RHE时,乙烯的法拉第效率和电流密度分别为49.73%和28.5 mA cm~(–2).实验结果表明,Cu–Sb双金属合金催化剂优异的催化性能主要源于适宜的电子态、良好的CO_2吸附性能、较大的电化学比表面积和较高的电子传输速率.迄今,用Cu–Sb作为催化剂进行电催化还原CO_2制乙烯尚未见报道.