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镍-氮-碳材料作为二氧化碳电催化剂的应用

2020-11-13李曰威陈世霞王珺

南昌大学学报(工科版) 2020年3期
关键词:催化剂

李曰威,陈世霞,王珺

(南昌大学a.鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室;b.资源环境与化工学院,江西 南昌 330031)

随着社会的不断发展,人类对煤、石油和天然气等使用量越来越多,不仅快速导致了化石能源的枯竭,而且排放出的CO2以不断上升的趋势在大气中增加[1]。CO2浓度的不断增加,已经导致了全球变暖、海平面上升、濒危物种灭绝等严重的环境问题[2-3]。面对日益恶化的环境和能源危机问题,各国政府对于CO2的减排、捕获和转化方面的工作开始高度重视[4-5]。由于CO2是一种无毒、廉价、丰富的C1资源,可以用于各种化学品的生产[6],并且一氧化碳(CO)是合成燃料的Fischer-Tropsch生产过程中不可缺少的原料,因此将CO2转化为CO是CO2转化利用和实现碳中和循环的一条很有前景的途径[7-8]。

由于CO2特别的分子结构,CO2具有极强的化学热稳定性。按现有科技手段及水平,现阶段CO2转化再利用需要在高温高压下进行,需要消耗大量的能量,不仅要求更高的能量供给,同时对高强度的设备和安全性保障提出更高要求。在常温常压条件下进行的电催化还原CO2技术,比其他化学转化方法有更高的能量利用效率和更温和的操作条件,可以通过控制反应电位的大小直接控制催化剂表面自由能,以控制反应速率和产物选择性[9-10]。因此,电化学还原二氧化碳(CO2RR)被认为是一种利用间歇可再生电力生产CO的绿色便捷的策略,具有良好的研究和应用前景[11]。

虽然CO2RR因其较高的转化效率而极具应用前景,但是严重的竞争性析氢反应(HER)使得CO2RR催化效率较低并严重限制了该技术的发展。……

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