铜基催化剂在电化学固氮/碳反应中的研究进展与挑战

作者：王琳; 刘航宁; 王杰^*; 龚良玉^*

来源：中国科学:化学 , 2023, 53(08): 1306-1324.

• 氮还原反应
• 二氧化碳还原反应
• 电催化反应
• 铜基催化剂

氨(NH3)是当今社会最不可缺少的化学品之一,但工业产NH3过程造成巨大能耗和大量温室气体排放,引发诸多问题.因此,探寻清洁技术改善产NH3环境并有效降低温室气体排放是大势所趋.近年来,电催化技术逐渐成为清洁能源发展中的重要一环,使绿色固氮、固碳成为了可能,其中电催化氮还原反应(NRR)和二氧化碳还原反应(CO2RR)是一种环境友好的能源转换方式,在缓解产氨过程中的能耗问题以及温室气体的排放具有广阔的潜力和前景.但NRR和CO2RR两个催化过程涉及强键的断裂和多个电子转移,动力学滞后,反应机制复杂,严重阻碍了其在工业领域的应用.为提高催化效率,设计高选择性、高稳定性的电化学催化剂尤为必要.过渡金属铜(Cu)具有独特的3d轨道和优异的电子结构,近年来在NRR和CO2RR电催化领域得到了广泛研究.本综述从异质掺杂、多相复合、合金化等角度,重点讨论了Cu基催化剂的设计和改性策略,详细讨论了其在NRR和CO2RR中的研究进展,并对未来Cu基催化剂在相关领域的应用前景和未来面临的挑战进行了展望,以期为今后开展相关研究提供有益参考.

• 单位
  青岛农业大学