多金属氧酸盐材料在二氧化碳电催化还原领域中的研究进展

都京; 马媛媛; 谭华桥; 康振辉; 李阳光

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随着工业发展和全球人口的持续增长,人类对化石燃料的消耗日益增加,从而导致大气中二氧化碳含量的显著增加以及与之相伴的一系列环境问题.电化学还原二氧化碳制备高附加值的燃料和化学品具有稳定的效率和较高的经济可行性等特点,目前已成为一种有前景的策略来缓解当前全球面临的能源短缺和气候变暖问题.然而,电催化二氧化碳还原过程存在反应能垒高和复杂的多电子/质子耦合过程等不足,因此,合理有效的电催化剂设计成为该领域的关键问题.近年,理解和明确电化学二氧化碳还原反应过程的活性起源、选择性调控机制和催化反应机理已成为高效电催化剂设计过程中的重要指导原则.作为一类独特的纳米尺度的金属氧簇,多金属氧酸盐(多酸)已成为二氧化碳还原领域的热点材料.尤其是,多酸明确的结构、优越的电子/质子存储转移能力和二氧化碳吸附活化能力有助于探究二氧化碳还原反应过程中的活性起源和构效机制.因此,利用多酸阐明电化学二氧化碳还原反应中的这些关键问题对于开发高效、可实用化的电催化剂意义重大.本文综述了近年多酸在电催化二氧化碳还原反应中取得的进展,重点介绍了多酸阴离子均相分子催化剂、多酸基无机-有机杂化材料催化剂、多酸电解质溶液、多酸-纳米复合材料在电催化二氧化碳还原反应中的应用.利用密度泛函理论结合原位实验证据推测了可能的反应机理,探讨了多酸对电催化活性和产物选择性的影响,揭示了电子/质子存储-转移过程和多酸表面修饰工程在电催化二氧化碳还原过程中的重要作用.最后,本文还分析了多酸基材料存在的问题与面临的挑战,并对多酸基材料在二氧化碳还原领域的未来发展进行了展望,这对理解电催化二氧化碳还原反应中的关键步骤和开发新型高效的电催化二氧化碳还原电催化剂具有启发意义.

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来源
《催化学报》 |2021年第6期|920-937|共18页
作者
都京; 马媛媛; 谭华桥; 康振辉; 李阳光;
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作者单位

东北师范大学化学学院多酸科学教育部重点实验室吉林长春130024;

河北师范大学化学与材料科学学院河北石家庄050024;

东北师范大学化学学院多酸科学教育部重点实验室吉林长春130024;

东北师范大学先进材料研究院吉林长春130024;

苏州大学功能纳米与软物质研究院江苏省碳基功能材料与器件重点实验室江苏苏州215213;

东北师范大学化学学院多酸科学教育部重点实验室吉林长春130024;

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正文语种 chi
中图分类
关键词
多金属氧酸盐; 电催化; 二氧化碳还原; 电子转移; 机理;

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