由于全球化石燃料消耗的增加，大气中的二氧化碳水平也随之增加，对环境的影响也越来越严重。包括风能和太阳能在内的可再生和清洁能源方兴未艾，但它们是间歇性的，需要高效和可扩展的能源存储技术。电化学CO₂还原反应(CO₂RR)为这一领域的研究提供了一条有效的途径。它可以将太阳能或风能发电与碳基燃料的化学键中的能量储存相结合。由于CO₂在动力学上是惰性的，因此需要使用高活性催化剂来充分降低反应能垒，从而使反应速率达到足以进行电化学CO₂还原的程度。考虑到多个电子-质子将CO₂还原成CO、甲醛(HC(O)H)、甲酸或甲酸(HC(O)OH、HC(O)O -)或更低浓度的碳的反应能垒，对催化的高选择性也有需求。已开发的催化剂包括溶液中的均相催化剂、表面固定催化剂和多相催化剂。在均相催化反应中，催化剂扩散到电极上，发生多质子耦合电子转移还原反应。在长期的CO₂还原循环中，固定的均相催化剂会出现性能损失甚至分解。与此同时，随着能够提供高活性催化表面积的简易合成方法的不断发展，多相纳米催化剂也得到了广泛的研究。它们的高活性和稳定性提高了大规模应用的可能性。然而，目前有关多相催化机制的阐明和活性位点的识别仍然较为欠缺。近日，天津大学化工学院张生教授和北卡罗莱纳大学查佩尔山分校的Thomas J. Meyer等人合作综述了近年来过渡金属络合物催化剂在CO₂电还原反应中的研究成果。早期研究表明，钌、Ir、Rh、Os等过渡金属配合物具有明确的结构，均能催化CO₂还原成CO或甲酸盐。配合物的衍生物通过化学键、非共价键或聚合作用附着在导电电极上。通过化学控制沉积纳米催化剂如纳米锡、纳米铜、纳米碳等，表面结合的概念也被扩展到制备表面电极，这些催化剂都被证明对CO₂的还原具有较高的选择性和活性。最后，他们还展望了电催化在二氧化碳减排中的应用前景。

Sheng Zhang; Qun Fan; Rong Xia; Thomas J. Meyer. CO₂ Reduction: From Homogeneous to Heterogeneous Electrocatalysis, Acc. Chem. Res., 2020.

DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00496

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00496