在环境条件下电化学还原二氧化碳是一种很有前景的二氧化碳转化为附加值产品的途径。近年来，在对电化学还原二氧化碳高效和选择性催化剂的机理认识和开发方面取得了很大的进展。然而，电化学二氧化碳还原还远远没有实际应用。

有鉴于此，电子科技大学孙旭平教授和王志明教授等人，基于当前研究与实际应用之间的差距，综述了有关将CO₂电催化生成CH₄的不同电催化剂的理论和实验研究的最新进展。

本文要点

1）首先探讨了提高CO₂电化学还原成CH₄的催化活性和选择性的策略。调制策略主要包括以下几个方面:i) 调节施加的电势，ii)形貌工程，iii)晶面工程，iv)缺陷工程，v)合金化。此外，还综述了电解质对CO₂电催化制CH₄的电催化活性和选择性的影响。

2）近年来，对二氧化碳的电还原进行了一系列的努力。电化学CO₂RR研究的主要趋势是通过调节催化剂的结构和组成来优化催化剂的工作条件。由于其催化成烃的独特特性，电化学还原CO₂成CH₄的非均相催化剂仍以Cu或Cu衍生材料为主。因此，将重点放在了铜基电化学催化剂上，以实现可观的CH₄生成性能。此外，由于M - N - C催化剂与Cu基金属催化剂具有相当的催化性能，因此也进行了综述。除了设计催化剂外，调节电解液组成、PH值和离子液体也会影响电化学CO2RR的催化性能和选择性。

3）然而，现有体系的转化率和催化活性仍不令人满意，要实现其实际应用还需要解决许多问题。此外，还需要将一些注意事项更多地集中在以下方面：a）电化学CO2RR计算方法和模型的优化。环境条件下CO2RR的电化学过程是一个复杂的过程，涉及多个质子和电子的转移。b)降低过电位。CH₄是CO₂RR通过C1途径的电化学产物。因此，需要过高的过电位来驱动CH₄的电化学CO₂RR。c)优化了催化剂的结构和组成。稳定性是评价催化剂催化性能的另一个关键参数。在CO2RR反应过程中，由于中间体对催化剂的毒害，催化剂往往会迅速降解。d)电解质中相关参数的优化。电解质的工程设计可以用作调节产品分布和产品选择性的重要参数。e)降低合成技术的成本。迄今为止，许多有效的策略，如表面改性、纳米结构工程和合金化，已被用于进一步提高电化学CO₂RR的催化活性和选择性。f)全电池性能的交叉研究。阳极与阴极之间的能量匹配是实现电化学CO₂RR的首要条件。

总之，该工作将建立对电化学CO₂还原制CH₄的系统认识，并为催化剂和/或电解质的设计和优化提供新的见解。

参考文献：

Runbo Zhao et al. Recent Progress in Electrocatalytic Methanation of CO2 at Ambient Conditions. Advanced Functional Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adfm.202009449

https://doi.org/10.1002/adfm.202009449