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陈祖鹏/金钟Adv. Sci.综述:将CO2电化学和光电化学转化为增值化学品的合理设计原则

The following article is from 催化开天地 Author CTR


二氧化碳(CO2)的化学转化被认为是一种很有希望的利用和进一步升级为增值化学品的战略,可以有效的缓解全球变暖。其中,电催化CO2还原反应(CO2RR)可以通过多重电子转移生成含碳分子,例如甲酸盐、CO、碳氢化合物和醇等。在额外光能的辅助下,光电催化有效地改善了CO2转化动力学,不仅降低了CO2RR的过电位,而且提高了连续催化过程中光诱导载体的寿命。近年来,在这些领域出现了设计合理的催化剂和先进的表征技术,使CO2以清洁高效的方式转化为化学品。
基于此,南京林业大学陈祖鹏教授和南京大学金钟教授(共同通讯作者)等人报道了他们及时而全面地讨论了过去5年中通过电催化和光电催化技术实现CO2实际转化的最新进展。
在本文中,作者首先介绍了催化技术的动机和基础。然后,由于催化剂的发展在CO2电催化和光电催化中发挥着重要作用,因此作者强调了催化剂设计原理的重要进展。此外,作者还提到了一些在制备(光)电极的合成策略以及改善这些催化体系中的结构-活性关系的主要因素方面的要点。
接着,主要基于先进的原位/ operando表征技术和理论计算,作者深入探讨了对CO2还原的催化机理和反应途径的理解。最后,作者提出了促进CO2高效利用和升级的挑战和未来前景,旨在实现工业生产的可行性。
电化学和光电化学CO2转化技术在能源效率和实际应用方面的挑战如下:
(1)催化剂,应探索更低成本的材料和易合成的方法,以便大规模生产,同时需要提高选择性和长期耐用性。
(2)反应器配置方面,探索GDEs、流动电池和MEA电解槽来助力CO2RR,同时电解值的pH值也需要考虑。
(3)对于EC和PEC CO2还原的FE和太阳能转化燃料效率的测量,应采用标准化的计量方法,以便更好地比较不同的结果,主要从光照条件、选择的电解质和反应器、CO2投料、产品分析方法等方面进行。
(4)机理研究方面,可以借助先进的分析技术来探索CO2转化过程。
Rational-Designed Principles for Electrochemical and Photoelectrochemical Upgrading of CO2 to Value-Added Chemicals. Adv. Sci., 2022, DOI: 10.1002/advs.202105204.
https://doi.org/10.1002/advs.202105204.

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