電催化還原CO2制單碳產(chǎn)物反應(yīng)機(jī)理及催化劑研究進(jìn)展

王茹潔，趙華君，齊彩嬈，鄒春蕊，劉 鈺

（1. 華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程系，河北 保定 071003；2. 河北省燃煤電站煙氣多污染物協(xié)同控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071003；3. 國(guó)網(wǎng)保定供電公司，河北 保定 071000）

CO2作為主要的溫室氣體，對(duì)人類的生活環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，如導(dǎo)致海平面上升、全球變暖以及極端天氣形成等[1]。因此，必須采取有效的措施來降低大氣中的CO2含量[2]。減少CO2排放包括碳捕集技術(shù)，以及從固定源回收利用CO2，即將CO2轉(zhuǎn)化為化學(xué)物質(zhì)或燃料，比如生物轉(zhuǎn)化、光催化、熱催化以及電催化還原等方法[3]。CO2是含碳化合物中最穩(wěn)定的一種形式，必須有外部能量來源才能使其轉(zhuǎn)化。為了有效地進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，使用催化劑是一種常見的方法。電催化還原CO2是將電能作為反應(yīng)的額外能量來源并使用催化劑將CO2轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，如轉(zhuǎn)化為單碳產(chǎn)物，如圖1所示。電催化還原有以下兩個(gè)特點(diǎn)：通過調(diào)節(jié)電勢(shì)的大小以及反應(yīng)溫度，可以控制反應(yīng)過程；電化學(xué)反應(yīng)裝置緊湊，可模塊化。利用電化學(xué)的技術(shù)手段，將CO2通過電催化還原成化學(xué)物質(zhì)和有機(jī)燃料，可以降低人類對(duì)于不可再生能源的依賴，具有重要意義[4]。

用于電催化還原CO2的電催化劑有多種，如多金屬氧酸鹽、金屬納米顆粒、金屬酞菁、有機(jī)金屬配合物、雙金屬催化劑、金屬-有機(jī)框架、聚合物、碳材料、金屬氧化物及單原子催化劑等[5]。電催化還原CO2使用的電催化劑和電極電位是決定電催化還原CO2效率和選擇性的基本因素，研究人員初步實(shí)現(xiàn)了CO2到C1產(chǎn)物的有效轉(zhuǎn)化，如CO、甲酸、合成氣及甲烷[6]。然而，由于CO2具有較大的熱力學(xué)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)惰性，實(shí)現(xiàn)低過電位、高選擇性和高活性將CO2轉(zhuǎn)化為單碳產(chǎn)物仍然是十分困難的[6]。因此，開發(fā)高效的二氧化碳還原（CO2RR）催化劑十分必要。

本文綜述電催化還原CO2生成CO、甲酸、合成氣和甲烷等單碳產(chǎn)物的反應(yīng)機(jī)理，以及相應(yīng)類型催化劑的研究進(jìn)展，并對(duì)未來研究進(jìn)行展望，以期為同類型催化劑研究提供參考。

1 電催化還原CO2技術(shù)

將CO2電催化還原為有價(jià)值的化學(xué)品是一種具有吸引力的解決溫室效應(yīng)的方案，可減少大氣中的CO2并儲(chǔ)存能源。電催化還原CO2是利用外電場(chǎng)作為能量源，水作為質(zhì)子供體，應(yīng)用各種催化劑實(shí)現(xiàn)CO2的催化還原[7]。電催化還原因其操作條件溫和（常溫、常壓）、反應(yīng)條件和反應(yīng)速率可控、催化劑和電解質(zhì)可回收、能量利用率高、設(shè)備簡(jiǎn)單和轉(zhuǎn)化率較高而受到了廣泛關(guān)注[8]。

電催化還原CO2過程一般包括3個(gè)步驟：（1）CO2在電催化劑上吸附；（2）電子轉(zhuǎn)移或者質(zhì)子遷移，即利用高能電子使CO2穩(wěn)定的線性結(jié)構(gòu)在催化劑表面活化，轉(zhuǎn)化為不同彎曲構(gòu)型的過渡態(tài)，從而分裂碳氧鍵或形成碳?xì)滏I；（3）產(chǎn)物的構(gòu)型重排和脫附，經(jīng)過不同數(shù)目的電子轉(zhuǎn)移和不同路徑的反應(yīng)過程，CO2在陰極被還原為CO、甲烷以及甲酸等物種[9]。CO2在催化劑表面經(jīng)歷不同的反應(yīng)路徑后會(huì)生成不同的產(chǎn)物，相應(yīng)產(chǎn)物對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)見表1[10]。

2 電催化還原CO2制單碳產(chǎn)物

2.1 還原制CO

在所有可能的產(chǎn)品中，因CO易在現(xiàn)有的下游熱化學(xué)反應(yīng)中作為增值化學(xué)品和燃料的原料，相比于其他方法，電催化還原 CO2制CO被認(rèn)為是一種具有吸引力的方案。CO2加氫制CO的反應(yīng)被稱為逆水煤氣變換反應(yīng)，是一種由平衡條件限制的吸熱反應(yīng)。該反應(yīng)的熱力學(xué)特性意味著難以獲得高收率，并且常伴有副產(chǎn)物甲烷的產(chǎn)生[11]。相比之下，電催化還原CO2制CO可以在可再生能源的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行，具有較高的活性和選擇性[12]。

2.1.1 反應(yīng)機(jī)理

電催化還原CO2制CO的過程是通過*OCHO中間體進(jìn)行的，其反應(yīng)方程見式(1)~式(3)。*OCHO的結(jié)合強(qiáng)度被認(rèn)為是CO2轉(zhuǎn)化為CO反應(yīng)過程的關(guān)鍵參數(shù)[13]。在電催化還原CO2制CO的過程中，主要的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)為析氫反應(yīng)（HER），見式(4)和式(5)。析氫反應(yīng)會(huì)降低CO2電催化還原為CO的轉(zhuǎn)化率[14]。因此設(shè)計(jì)電催化劑時(shí)應(yīng)盡可能地將*OCHO穩(wěn)定在表面，要求催化劑能夠較強(qiáng)地結(jié)合*OCHO，從而促進(jìn)CO2的活化和進(jìn)一步還原。同時(shí)，為了制備主要產(chǎn)品CO，催化劑應(yīng)與CO結(jié)合較弱，從而使得CO容易從催化劑表面脫附[15]。

2.1.2 催化劑研究

金屬催化劑如銅基和鎳基催化劑以及非金屬碳基材料與中間體*OCHO的結(jié)合能較小，生成的CO傾向于直接脫離電極表面，因此CO選擇性較高[16]。STRAIN等[17]通過在銅衍生氧化物催化劑上使用脈沖偏壓技術(shù)進(jìn)行電解還原，彌補(bǔ)了氧化銅催化劑對(duì)單個(gè)產(chǎn)物不能實(shí)現(xiàn)高選擇性的缺點(diǎn)。脈沖偏壓技術(shù)是在不改變催化劑的情況下調(diào)節(jié)電化學(xué)選擇性的一種方法，通過向電解槽施加脈沖偏壓來影響電化學(xué)界面處的動(dòng)力學(xué)特性來調(diào)節(jié)反應(yīng)分支路徑。在此研究中，利用脈沖時(shí)間作為影響CO2RR選擇性的參數(shù)，脈沖時(shí)間范圍為0.01~50.00 s。結(jié)果表明，高的脈沖頻率（小于1 s），實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)物的更高選擇性，這主要是由于競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)HER速率的降低，并且增加了用于CO還原而不是氫氣釋放的電荷比。

NING等[18]在氮?dú)鈿夥障?，熱解石油瀝青，去除瀝青質(zhì)溶劑，然后通過氨蝕刻合成氮摻雜的多孔碳材料，氨蝕刻可以提高碳材料的介孔/微孔比以及吡啶-氮含量。結(jié)果表明，使用這種氮摻雜的多孔碳作為CO2還原的催化劑，在-0.90 V（vs.RHE）時(shí)，CO的法拉第效率可高達(dá)到83%。該催化劑優(yōu)異的性能是由于高吡啶-氮含量的協(xié)同效應(yīng)與層次多孔結(jié)構(gòu)為CO2電催化還原提供了大量暴露的活性位點(diǎn)，增強(qiáng)了CO2電催化還原的活性。TING等[19]通過簡(jiǎn)單的石墨烯輔助濕化學(xué)反應(yīng)合成了不同F(xiàn)ePc含量以及Fe價(jià)態(tài)的FePc-石墨烯復(fù)合材料，并系統(tǒng)地研究了石墨烯用量、鐵的價(jià)態(tài)和含氧量對(duì)CO2還原為CO的影響。結(jié)果表明，F(xiàn)ePc與石墨烯之間存在強(qiáng)的相互作用，并且在FePc-石墨烯復(fù)合材料中發(fā)現(xiàn)了Fe(II)Pc的積極作用以及Fe(II)、Fe(III)與石墨烯的協(xié)同作用。最佳的FePc-石墨烯復(fù)合材料的起始過電位可達(dá)0.19 V，產(chǎn)生的法拉第效率高達(dá)90%。

由于*OCHO中間體的結(jié)合強(qiáng)度被認(rèn)為是CO2轉(zhuǎn)化為CO反應(yīng)過程中的關(guān)鍵參數(shù)，因此設(shè)計(jì)催化劑時(shí)必須考慮穩(wěn)定表面上的*OCHO，同時(shí)應(yīng)不顯著阻礙CO產(chǎn)物釋放或促進(jìn)析氫反應(yīng)。

2.2 還原制甲酸

在電催化還原CO2的產(chǎn)物中，甲酸具有較高的附加值，可作為甲酸鹽電池原料以及儲(chǔ)氫材料，是許多工業(yè)過程中重要的化學(xué)中間體，研究電催化還原CO2制甲酸具有現(xiàn)實(shí)意義[20]。

2.2.1 反應(yīng)機(jī)理

甲酸可用均相或多相催化劑由電催化還原CO2合成，對(duì)于均相催化劑能提供機(jī)理上的論證，但實(shí)用性較弱，因?yàn)槭褂镁啻呋瘎┬枰罄m(xù)的處理過程，如催化劑的回收和甲酸的純化。電化學(xué)多相催化劑有可能提供實(shí)用的體系[21]。在氣相和有機(jī)溶劑的條件下，電催化還原CO2制甲酸在熱力學(xué)上是不利的，但是堿性條件或者在水的條件下，CO2氫化是輕微的放熱反應(yīng)。因此，CO2氫化通常在堿（Base）的存在下進(jìn)行，堿通過甲酸的去質(zhì)子化生成甲酸根離子，而堿和H+結(jié)合生成質(zhì)子化的堿，從而產(chǎn)生反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力[22]。反應(yīng)方程見式(6)。

2.2.2 催化劑研究

鈀、鉛、鎘、汞、銦、錫、鉍和鉈催化劑已被證明能選擇性地電催化CO2形成甲酸[23]。由于貴金屬高昂的價(jià)格和潛在的毒性，阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用，更多的注意力集中在無毒和低成本的錫和鉍基催化劑上。

REN等[24]通過調(diào)整銅錫比，利用協(xié)同效應(yīng)增強(qiáng)銅在CO2RR中的性能。結(jié)果表明，Sn位置上*OCHO中間體的形成比*COOH更有利，而Cu位置上*OCHO中間體的形成量中等；當(dāng)n(Cu)/n(Sn)接近1/2時(shí)，法拉第效率約為99%，且具有高的電流密度。YANG等[25]通過水熱合成法設(shè)計(jì)了一種新型銅氮共摻雜SnO2催化劑。Cu和N通過取代Sn和O而摻雜到SnO2晶格中，使缺氧量從27.18%增加到36.72%。結(jié)果表明，Cu和N的摻雜提高了SnO2催化劑的電催化性能，使缺陷能級(jí)變窄，加速了電荷轉(zhuǎn)移；當(dāng)Cu和N的共摻雜量為7%（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）時(shí)，法拉第效率達(dá)到54.97%，電荷轉(zhuǎn)移電阻最低，電子轉(zhuǎn)移速率最快；通過密度泛函理論（DFT）計(jì)算得出，由于Cu和N共摻雜，導(dǎo)致缺陷水平增加，從而縮小了帶隙，加速了電荷轉(zhuǎn)移，提高了CO2的電化學(xué)還原性能。ZHAO等[26]開發(fā)了一種碳薄層修飾的BiOx雜化物作為CO2RR的高活性電催化劑，以Bi和MOF為前驅(qū)體和犧牲模板通過熱解合成。研究表明，該催化劑富含穩(wěn)定的氧空位，在電催化還原CO2制甲酸鹽方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，其最大法拉第效率為89.3%，最大電流密度為37.8 mA/cm2。薄碳層和氧空位改善了催化劑的電荷轉(zhuǎn)移，其中氧空位缺陷對(duì)CO2的吸附和活化起著至關(guān)重要的作用，有利于提高甲酸鹽的電流密度，從而進(jìn)一步提高了電催化還原CO2制甲酸鹽的能力。

鉍基和錫基催化劑作為高效CO2RR催化劑取得了較大研究進(jìn)展，其電子結(jié)構(gòu)、活性位尺寸、表面結(jié)構(gòu)以及載體對(duì)CO2RR的性能有很大的影響[27]。雖然鉍基催化劑比錫基催化劑的過電位更低，有著更高的CO2轉(zhuǎn)化率，但是其催化性能仍不能滿足低過電位下對(duì)較高電流密度和法拉第效率的實(shí)際要求[28]。因此，需要進(jìn)一步開發(fā)高催化效率、高選擇性以及高穩(wěn)定性的鉍基催化劑。

2.3 還原制合成氣

電催化還原CO2制合成氣，可實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)利用，從而進(jìn)一步解決環(huán)境問題。合成氣是化工生產(chǎn)中的一類重要原料，是H2和CO的混合物，在傳統(tǒng)方法中，合成氣的產(chǎn)生原料主要來自煤和石油等不可再生資源[29]。不同氫碳比（n(H2)/n(CO)）的合成氣在化學(xué)合成中有著不同的應(yīng)用，例如，當(dāng)n(H2)/n(CO)為2/1時(shí)，合成氣可以用于生產(chǎn)甲醇；當(dāng)n(H2)/n(CO)為1/1時(shí)，合成氣可以用于生產(chǎn)二甲醚[30]。

2.3.1 反應(yīng)機(jī)理

合成氣是H2和CO的混合產(chǎn)物，在CO2RR過程中能夠可控地生產(chǎn)CO和H2，這便促進(jìn)了新策略的提出，即對(duì)CO2RR和HER兩個(gè)活性位點(diǎn)進(jìn)行操作[31]。實(shí)現(xiàn)這種方法的途徑主要是借助兩種不同的催化劑，一種對(duì)于CO的釋放表現(xiàn)出唯一的活性，而另一種則對(duì)于H2的釋放表現(xiàn)出良好的活性，從而在較低的操作電位下以可控的比例生成CO和H2[32]。

2.3.2 催化劑研究

用水作為氫源電催化還原CO2是一條很有前景的合成氣生產(chǎn)路線，并且通過CO2RR技術(shù)獲得合成氣也可有效緩解溫室效應(yīng)帶來的危害，但平衡CO2RR活性和n(H2)/n(CO)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。有研究表明，一些催化劑可以很好地調(diào)節(jié)n(H2)/n(CO)和CO2RR活性，這有利于合成氣的后續(xù)加工利用[33]。值得注意的是，相較于貴金屬，非貴重的過渡金屬摻雜氮碳（M-N-C）已作為一種新的預(yù)期材料出現(xiàn)，受到了研究人員的追捧[34]。從本質(zhì)上來說，在碳基體中摻雜過渡金屬和氮可以破壞碳的電子中性，增加電荷和自旋密度，從而將惰性碳轉(zhuǎn)化為活性位點(diǎn)，可以達(dá)到良好的催化活性[35]。

金屬修飾的氮摻雜碳單原子催化劑（M-N-C）具有催化活性高、價(jià)格合理的優(yōu)勢(shì)。HE等[36]利用氮摻雜碳負(fù)載的單原子催化劑作為生產(chǎn)合成氣的電催化劑，單原子Co催化劑對(duì)CO的釋放表現(xiàn)出唯一的活性，而單原子Ni催化劑展現(xiàn)了良好的析氫活性，因此提出了不同n(Co)/n(Ni)的單原子催化劑，通過簡(jiǎn)單地改變n(Co)/n(Ni)，可以很容易地調(diào)節(jié)n(H2)/n(CO)，以保持較高的總電流密度，從而既保證了高的合成氣產(chǎn)率又保證了可調(diào)節(jié)的n(H2)/n(CO)。ZHAO等[37]利用氯化鐵和脲醛樹脂通過煅燒的方法制備了Fe-N-C電催化劑，此催化劑顯示出良好的CO2RR活性，并且具有良好的電流密度和穩(wěn)定性，通過控制施加電勢(shì)可以很容易地調(diào)節(jié)n(H2)/n(CO)。研究表明，所獲得的Fe-N-C（3%，950 °C）催化劑顯示出更高的選擇性，其CO的法拉第效率高達(dá)74%，n(H2)/n(CO)由4/1轉(zhuǎn)變到1/3，且無液相產(chǎn)物生成。在過電位較低（-0.6 V）時(shí)，CO和H2的生成活性較好（FE(CO) = 74%，F(xiàn)E(H2) = 25%），具有良好的CO2RR長(zhǎng)期穩(wěn)定性。DAIYAN等[38]以鈷單原子修飾的氮摻雜石墨碳?xì)し庋b的鈷納米粒子（Co@CoNC-900）作為電催化劑，提出了一種以CO2RR和HER制備雙中心的策略，通過改變退火溫度對(duì)CO2RR（帶有包封Co的改性碳?xì)ぃ┖虲o@CoNC內(nèi)析氫反應(yīng)（Co-N4部分）的雙活性位點(diǎn)進(jìn)行調(diào)制，在較寬的施加電位范圍內(nèi)（-0.5 V~-0.8 V，vs.RHE），能夠有效地將合成氣氫碳比從1/2提高到3/2。這種雙活性位點(diǎn)的催化劑能夠以超低的電勢(shì)在電催化還原CO2過程中控制合成氣生產(chǎn)，并且不同于以往的鈷氮和鎳氮催化劑。

總之，在各種CO2RR電催化劑中，非貴金屬材料因其低成本、低毒性、化學(xué)穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)電性及良好的電化學(xué)活性而被廣泛地研究與應(yīng)用，采用非貴金屬摻雜氮碳作為電催化劑將成為未來的一種發(fā)展趨勢(shì)。

2.4 還原制甲烷

甲烷是一種重要的基礎(chǔ)化工原料，也是天然氣的主要成分，因其具有高熱值、燃燒產(chǎn)物清潔而成為重要燃料[39]。CO2甲烷化受到研究者關(guān)注，相比于其他替代品，甲烷在熱力學(xué)上更加有利[40]。

2.4.1 反應(yīng)機(jī)理

目前CO2甲烷化有兩種機(jī)理，一種是CO作為中間體，通過CO進(jìn)一步生成甲烷，見式(7)~式(10)；另一種是CO2直接加氫制甲烷，見式(11)[41]。甲烷可以直接利用現(xiàn)有的天然氣管網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)輸，可以用作生產(chǎn)其他化學(xué)品的燃料和原材料，電催化還原CO2制甲烷與其他化學(xué)產(chǎn)品相比具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

2.4.2 催化劑研究

MOHAMMED等[42]報(bào)道了一種氣相二氧化硅負(fù)載鎳基材料作為電催化還原CO2制甲烷的催化劑。采用濕浸漬技術(shù)將活性劑前驅(qū)體溶液加載到高比表面積的氣相SiO2上制備Ni/氣相SiO2，然后將得到的粉末在750 °C、氫氣流下干燥還原3 h，得到所需的催化劑。采用XRD、TEM、SEM/EDX等對(duì)新鮮和使用過的催化劑樣品進(jìn)行表征，研究了催化劑的結(jié)構(gòu)和形貌特性，以及反應(yīng)條件對(duì)催化劑的影響。結(jié)果表明，在反應(yīng)早期形成甲酸鹽，隨后CO以線性吸附的方式吸附在Ni表面，最后形成甲烷。ESMAEILIRAD等[43]提出了氧功能化銅（OFn-Cu）納米顆粒作為一種高活性和高選擇性的催化劑。采用非均相沉積-沉淀法，在受控的氧氣/氬氣和氫氣/氬氣環(huán)境中進(jìn)行熱燒結(jié)，合成的OFn-Cu用于電催化還原CO2制甲烷。DFT結(jié)果表明，表面有氧化層的OFn-Cu納米顆粒（5 nm）在電位為-1.05 V（vs.RHE）時(shí)，CH4的最大形成電流密度為36.24 mA/cm2，超過了現(xiàn)有的Cu基催化劑性能。表征發(fā)現(xiàn)，OFn-Cu納米顆粒表面含有以Cu2+（CuO）形式存在的氧功能化層，通過Cu+（Cu2O）亞層與底層元素Cu分離。DFT計(jì)算也證實(shí)了O位的存在是CuO(101)表面活性和選擇性增強(qiáng)的主要原因。

DIAS等[44]采用濕法浸漬法制備了Ni-Cu/SiO2催化劑，用于電催化還原CO2制甲烷。在1個(gè)大氣壓，GHSV為60000 mL/(g·h)，n(H2)/n(CO2) 為 4，溫度為200~400 °C下，在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行CO2甲烷化反應(yīng)，采用XRD、N2吸/脫附、TGA-DTA、TPO和TPR對(duì)催化劑進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，Ni負(fù)載量的增加提高了催化劑的活性和甲烷選擇性，Cu負(fù)載量的增加顯著提高了CO選擇性，有利于后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。Ni-15催化劑獲得了最好的結(jié)果，在350 °C時(shí)CO2轉(zhuǎn)化率為55%，CH4選擇性可高達(dá)96%。所有催化劑在400 °C反應(yīng)300 min均表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性。PAN等[45]合成了由Rh殼和Pd核（Rh-on-Pd）組成的納米催化劑。利用原位環(huán)境透射電子顯微鏡（ETEM）研究了Rh-on-Pd核殼納米顆粒在氫氣氣氛和溫度變化下的結(jié)構(gòu)特征，驗(yàn)證了控制表面組成的可行性。在燒結(jié)的過程中，升高溫度，可以通過納米束衍射（NBD）觀察到Rh殼的變厚，其導(dǎo)致了Rh-on-Pd催化劑上甲烷選擇性的變化。在Rh殼和Pd核雙金屬核殼結(jié)構(gòu)中，當(dāng)Rh殼層厚度達(dá)到雙原子層厚度時(shí)，催化劑在電催化還原CO2制甲烷中表現(xiàn)出最高的選擇性。

相比于傳統(tǒng)的金屬基催化劑，具有納米結(jié)構(gòu)或者負(fù)載型的電催化劑可以大大增加反應(yīng)活性位點(diǎn)的數(shù)量，從而提高催化劑的活性與選擇性。在設(shè)計(jì)催化劑時(shí)，應(yīng)該盡可能地優(yōu)化催化劑的結(jié)構(gòu)，對(duì)催化劑進(jìn)行改性，從而提高反應(yīng)的效率。

3 結(jié)語與展望

利用清潔能源提供的低品階電力，驅(qū)動(dòng)CO2電化學(xué)轉(zhuǎn)化，將CO2轉(zhuǎn)化為單碳產(chǎn)物，是解決溫室效應(yīng)以及能源問題的有效方法。電催化還原CO2制單碳產(chǎn)物的選擇性能夠接近100%，但反應(yīng)過電勢(shì)高、反應(yīng)路徑復(fù)雜，電催化劑的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。貴金屬基催化劑活性低，存在析氫副反應(yīng)相競(jìng)爭(zhēng)，電催化還原CO2的選擇性和轉(zhuǎn)化率較低，且價(jià)格昂貴、穩(wěn)定性差。金屬修飾的氮摻雜碳單原子催化劑（M-N-C）的催化活性高、價(jià)格合理。此外，多相催化劑可以解決均相催化劑溶解度差、利用率低及回收利用困難的問題，具有高效的金屬活性位點(diǎn)及可控的配位環(huán)境，可以促進(jìn)CO2活化，從而實(shí)現(xiàn)CO2高效轉(zhuǎn)化。明晰從氣態(tài)CO2到最終單碳產(chǎn)物的反應(yīng)路徑是進(jìn)行催化劑設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，金屬修飾、氮摻雜、納米結(jié)構(gòu)調(diào)控和多相催化體系構(gòu)建是制備高效CO2電催化劑的有效途徑。