杨冬伟, 李　露, 王　琴, 王晓春, 李青远, 施　锦

(昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,

冶金与能源工程学院, 昆明 650093)



离子液体在CO2电还原反应过程中的催化作用与机理研究

杨冬伟, 李露, 王琴, 王晓春, 李青远, 施锦

(昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,

冶金与能源工程学院, 昆明 650093)

摘要在1-丁基3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐([Bmim][CF3SO3])/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CO2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CO2电还原反应过程中, 吸附态CO2经单电子还原生成自由基是速率控制步骤. 由于离子液体的催化作用, CO2在[Bmim][CF3SO3]/PC溶液中电还原的过电位比在四丁基三氟甲基磺酸铵([Bu4N][CF3SO3])/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CO2分子经单电子还原后生成自由基, 与周围离子液体发生相互作用, 形成中间体[Bmim-CO2]ad, 降低了的能量状态, 使得CO2电还原反应的过电位大幅度降低.

关键词二氧化碳; 电化学还原; 离子液体; 交流阻抗; 催化机理

CO2是造成温室效应的主要气体, 同时也是一种来源丰富、价格低廉的潜在碳资源[1,2]. 将CO2转化为有用化学品, 是能源和环境领域备受关注的重大科学问题[3～5]. 近年来, 一些研究者尝试将CO2转化为汽油替代燃料, 其研究思路如下[6～8]: 以可再生电能电解CO2制取CO, 电解H2O制取……