于丰收，张鲁华

（河北工业大学化工学院，天津300131）

引 言

随着全球经济快速发展，人类社会对能源的需求持续上升。从能源消费总量看，目前化石燃料仍占全球一次能源消费的84%[1]。化石燃料燃烧获取能量的实质是低价态碳向其高价态氧化物(CO2)转变过程，也就是说燃烧过程实际是碳元素的氧化并释放能量的过程[2]。自工业革命以来，人类活动引起的碳氧化(燃烧)与自然界碳还原的不对称，导致大气中CO2逐渐积累，引发了全球变暖等一系列环境问题，严重威胁着人类社会的可持续发展。因此，探索新的CO2还原转化策略，提高转化效率，促进碳循环回归平衡，将是未来碳科学与技术的重要方向[3-4]。

CO2作为一种非极性线性分子，热力学性质稳定(标准摩尔生成焓为-393.51 kJ·mol-1)，很难被活化转化。实际工业过程中，利用CO2的反应(如碳酸酯合成、尿素合成、甲醇合成、甲烷的CO2重整等)一般都是高温或高压反应条件下的高能耗过程[5]。相比之下，电催化还原CO2反应可在常温、常压下，通过外加电势将CO2还原为化工原料或燃料。其中，反应过程中所需的电力资源可来自于风电、太阳能发电或富余核电等洁净低品阶电能，这使该过程实现了CO2的资源化转化和可再生能源利用的耦合，因此有望成为CO2规模化利用技术之一[6-8]。

在一个典型的CO2电解池中，阳极发生析氧反应将水氧化为氧气分子，阴极CO2被还原为各种含碳产物[9-10]。热力学上，将CO2进行单电子还原为CO2•-需 要-1.97 (vs SHE) V (standard hydrogen electrode,标准氢电极)，这使得反应极难进行[11]。……