电化学还原二氧化碳催化剂的研究进展开题报告

全文总字数：6213字

1. 研究目的与意义（文献综述）

co₂气体过度排放对地球上的碳循环造成了一定程度的破坏，同时也伴随着化石能源的枯竭，碳的吸收与储存工程（css，carbon sequestration and storage）应运而生，这是一项可以有效解决co₂过度排放、并且为能源可持续发展带来新思路的工程。其优点有三：i将氢能的消耗量降到最低;ii经过一系列化学反应后新得到的燃料便于储存和运输；iii整个工程均使用可再生能源¹。

尚处在研究中的css方法包括生物还原、光化学还原、电化学还原等。已知生物还原存在转化酶在高温等不适宜的环境中易失活的缺点；光化学还原技术则存在未经化学修饰的催化剂性能较低，需要进行更深入的改性研究的问题²。电化学还原是指利用电能，对已通入co₂气体的体系进行电解，在所施加的电位范围内可以得到一系列产物，包括：co、hcooh、ch₄、c₂h₄、h₂等的一类反应³。由于其电解条件可控，电极材料选择范围广、反应性能优越等优点，是近几年研究的热门。在化工产业中，电能输出占比较小，由于co₂rr不受反应体系的限制、通过电化学还原co₂得到的c₂h₄和co是关键的化工原料等原因，其发展前景十分广阔³。

尽管co₂rr具备了以上优势，但仍然存在以下几个问题亟待解决：i产物虽然多种多样，由于co₂rr的产物主要为co、h₂和ch₄、c₂h₄一些短链烷烃气体，它们的析出电位相近，给分离带来了一定的困难；ii电还原催化剂多为单金属催化剂（cu、pb、au、ag等），过渡金属居多，在偏酸性的电解液中容易溶解，导致在最初循环几次之后（举个例子）出现失活的现象；iii产物的多样性导致催化剂的选择性差，要想达到单一产物的高法拉第效率，就必须对催化剂进行重新设计，设计思路包括（几个例子）；iv伴随反应 her的法拉第效率需要被压制，并且保证对其它产物不会造成影响⁴。

2. 研究的基本内容与方案

1、基本内容

针对多电子转移与质子化反应的还原机制，拟调研机理适用的范围与如何指导催化剂的设计。

针对单金属电催化剂选择性差、容易失活、法拉第效率不高的现象，拟调研部分改善金属催化剂性能的方法；

3. 研究计划与安排

3月：文献调研与开题报告撰写；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] centi g, perathoner s. opportunities and prospects in the chemical recycling of carbon dioxide to fuels[j]. catalysis today, 2009, 148(3-4): 191-205.