石墨烯基二氧化碳电化学还原催化剂的研究进展

摘要

利用电催化技术将CO_(2)转化为小分子燃料或高值化学品是实现原子经济、构建人工碳循环的绿色能源技术之一。电催化还原CO_(2)(ECR)的反应条件温和、产物多样(C_(1)、C_(2)和C_(2+)),有极大的发展潜力。然而,ECR技术面临一些需要解决的挑战性问题,包括电极过电势高、C_(2)及C_(2+)产物选择性低、伴随析氢反应等。解决这些问题的关键在于创制低成本、高性能电催化剂。近年来,石墨烯基电催化剂的研究成为ECR领域的热点之一,原因包括:1)在电化学环境中稳定性好;2)表面原子、电子结构可调,进而实现材料催化活性的调控;3)维度可调,易暴露较大的比表面积和形成层次孔结构;4)耦合石墨烯的高导电性与特定材料的高活性,可协同提升ECR催化性能。本文评述了石墨烯基材料在ECR中的研究进展,详述了石墨烯基电催化剂的构筑方法,探讨并梳理了石墨烯的点/线缺陷、表面官能团、掺杂原子构型、金属单原子种类、材料表界面性质等与ECR性能之间的本征构效关系。最后展望了石墨烯基催化剂在ECR领域中的挑战和未来发展。