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隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對(duì)能源需求量直線上升。我國是一個(gè)多煤、貧油、少氣的國家，煤炭作為一種重要的化石燃料在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)了重要的地位。如何減少煤炭使用過程的CO2排放中對(duì)人類環(huán)境的影響，成為我國能源領(lǐng)域研究的重要課題。利用太陽能、風(fēng)能等可再生能源產(chǎn)生的日益廉價(jià)、清潔的電能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料和化學(xué)原料，既可以消耗過量的二氧化碳，又能將這些可再生能源轉(zhuǎn)化為化學(xué)品進(jìn)行儲(chǔ)存，對(duì)保護(hù)環(huán)境和推動(dòng)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有巨大而深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

二氧化碳電催化還原系統(tǒng)的關(guān)鍵部件包括電催化劑(決定產(chǎn)物選擇性)、離子傳導(dǎo)膜(影響能量轉(zhuǎn)化效率)、電極(實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用)等。目前該技術(shù)的瓶頸之一在于高效催化劑的開發(fā)。針對(duì)這一問題，近期天津大學(xué)化工學(xué)院張生教授作為通訊作者與合作者應(yīng)邀在國際權(quán)威期刊《 化學(xué)研究評(píng)述 》上發(fā)表了題為“二氧化碳減排：從均相到多相電催化”(CO2 reduction: from homogenous to heterogeneous electrocatalysis)的論文介紹之前在二氧化碳電催化領(lǐng)域的研究成果，天津大學(xué)為論文第一通訊單位。

論文介紹了均相和多相二氧化碳電催化還原過程的特點(diǎn)，以均相催化劑、負(fù)載型均相催化劑和非均相納米催化劑為切入點(diǎn)各自闡明了其反應(yīng)機(jī)理與優(yōu)缺點(diǎn)。均相催化劑結(jié)構(gòu)均一，催化機(jī)理明晰，適合進(jìn)行研究反應(yīng)，然而其分散在電解液中使得難以回收再利用，不利于實(shí)際利用。所以，利用各種界面技術(shù)將其固載化是一個(gè)解決思路，但是其在長(zhǎng)期的反應(yīng)過程中常常會(huì)遇到性能的衰減。大比表面積納米催化劑由于超高的催化活性，適合大規(guī)模應(yīng)用在近些年來獲得了廣泛地關(guān)注，但由于表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，反應(yīng)機(jī)理解析困難。

均相催化劑、負(fù)載型均相催化劑和多相納米催化劑的工作原理示意圖

目前技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)兩電子還原產(chǎn)物甲酸和一氧化碳的高選擇性制備，可以滿足商業(yè)化的要求。下一步是進(jìn)行二氧化碳深度還原，實(shí)現(xiàn)高選擇性生產(chǎn)高能量密度的碳?xì)淙剂弦约岸嗵籍a(chǎn)物。其中對(duì)于關(guān)鍵中間體的探究，各種配體的調(diào)控以及界面的構(gòu)效關(guān)系研究是未來研究的關(guān)鍵方向。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00496 

《化學(xué)研究評(píng)述》(Accounts of Chemical Research)是美國化學(xué)會(huì)旗下的權(quán)威綜述類學(xué)術(shù)期刊，2018年該期刊的影響因子為21.661，與美國化學(xué)會(huì)旗下的《化學(xué)評(píng)論》（Chemical Reviews）和英國皇家化學(xué)會(huì)旗下的《化學(xué)會(huì)評(píng)論》（Chemical Society Reviews）被公認(rèn)為國際化學(xué)化工領(lǐng)域的三大綜述期刊?！痘瘜W(xué)研究評(píng)述》雜志在化學(xué)研究領(lǐng)域頗具影響力，以主要介紹團(tuán)隊(duì)自己的系統(tǒng)研究而不同于其它兩個(gè)綜述類期刊。

張生教授簡(jiǎn)介：

張生，天津大學(xué)化工學(xué)院長(zhǎng)聘教授，國家海外高層次人才。長(zhǎng)期致力于能源電化學(xué)與化工領(lǐng)域，研究涉及化工、材料、化學(xué)、物理等學(xué)科，具體研究方向包括二氧化碳電化學(xué)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)與過程強(qiáng)化；質(zhì)子傳導(dǎo)膜構(gòu)建與潔凈能源器件；先進(jìn)催化劑設(shè)計(jì)與可控合成，目前已在Nature Nano. (2)、Nature Comm. (2)、PNAS、Acc. Chem. Res.、JACS (3)、Angew. Chem.(2)等化學(xué)、化工、材料領(lǐng)域權(quán)威學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文40余篇，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者在Nature、Science雜志上引用6, 300余次，單篇最高引用800多次，其中8篇論文單篇引用超過300次，H因子為30，ESI高被引論文9篇，同時(shí)擁有授權(quán)/申請(qǐng)專利共5項(xiàng)，曾獲得省部級(jí)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)等榮譽(yù)。