一体化电极电催化二氧化碳还原研究进展

doi:10.3866/PKU.WHXB202101028

物理化学学报 >> 2022, Vol. 38 >> Issue (6): 2101028.doi: 10.3866/PKU.WHXB202101028

所属专题：面向电化学储能与转化的表界面工程

一体化电极电催化二氧化碳还原研究进展

宋雨珂, 谢文富(), 邵明飞()

北京化工大学化学学院，化工资源有效利用国家重点实验室，北京 100029

收稿日期:2021-01-15 录用日期:2021-02-22 发布日期:2021-03-01
通讯作者: 谢文富,邵明飞 E-mail:wenfu2010qd@126.com;shaomf@mail.buct.edu.cn
作者简介:谢文富, 2020年毕业于北京化工大学化学专业, 获得博士学位。2020年至今在北京化工大学从事博士后研究。主要研究方向为结构化涉气反应电极设计合成及储能器件
邵明飞, 2014年于北京化工大学获得博士学位, 期间于2013年获国家公派在牛津大学化学系博士联合培养。现任北京化工大学教授, 博士生导师。主要致力于多维度能源材料设计与合成方法学、新型绿色光电催化化学、结构化电极组装与先进储能器件等研究
基金资助:
国家自然科学基金(21922501);国家自然科学基金(22090031);国家自然科学基金(21871021);北京市自然科学基金(2192040);中央高校基本科研业务费专项资金(XK1802-6);中央高校基本科研业务费专项资金(XK1803-05)

Recent Advances in Integrated Electrode for Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction

Yuke Song, Wenfu Xie(), Mingfei Shao()

State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering, College of Chemistry, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China

Received:2021-01-15 Accepted:2021-02-22 Published:2021-03-01
Contact: Wenfu Xie,Mingfei Shao E-mail:wenfu2010qd@126.com;shaomf@mail.buct.edu.cn
About author:Mingfei Shao, Email: shaomf@mail.buct.edu.cn (M.S.)
Wenfu Xie, Email: wenfu2010qd@126.com (W.X.)
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(21922501);the National Natural Science Foundation of China(22090031);the National Natural Science Foundation of China(21871021);the Beijing Natural Science Foundation(2192040);the Fundamental Research Funds for the Central Universities(XK1802-6);the Fundamental Research Funds for the Central Universities(XK1803-05)

摘要/Abstract

摘要：

电催化二氧化碳还原反应(E-CO₂RR)可在温和条件下将CO₂转化成高附加值燃料或化学品，近年来受到广泛关注，其在实际反应中涉及到气体扩散和多电子转移等复杂过程，构筑高效、稳定的催化电极是其发展的核心之一。然而，传统涂敷电极制备时，需要将催化剂与粘结剂混合涂覆于集流体表面，此过程会造成活性位点包埋和传质过程受限，致使催化剂活性位利用率下降，同时在反应过程中电极表面容易粉化，造成稳定性下降，难以重复利用。因此，如何调控电极反应界面，提升催化剂活性位的利用率仍面临挑战。将催化剂原位生长于集流体上得到的一体化电极可直接应用于电催化反应，不仅有利于提升活性位利用率以及电荷传输能力，还能有效调控三相界面处的微观反应环境(如pH、反应物及反应中间体的浓度等)，从而实现电催化性能强化。本文综述了一体化电极用于E-CO₂RR的最新进展，分析了结构和表界面调控对E-CO₂RR性能的影响规律，并对该领域仍然存在的挑战和未来一体化E-CO₂RR电极的发展进行了评述与展望。

关键词: 一体化电极, 电催化, 二氧化碳还原反应, 结构化设计, 表界面调控

Abstract:

The electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction (E-CO₂RR) has attracted attention in recent years for its ability to effectively alleviate the environmental problems caused by the rapid increase of CO₂ in the atmosphere and transform CO₂ into high value-added fuels or chemicals (e.g., CO, HCOOH, CH₄, CH₃OH, C₂H₄, C₂H₅OH, etc.) under mild conditions. In addition, clean energy sources, such as solar and wind energy, can provide electrical energy for the electrochemical CO₂ conversion technology used in large-scale industrial applications. One limitation of the E-CO₂RR is that CO₂ is a thermodynamically stable linear molecule with a slow kinetic reaction rate. In addition, the E-CO₂RR involves complex processes, such as gas diffusion and multi-electron transfer, making its selectivity problematic. Therefore, constructing highly efficient and stable catalytic electrodes has become a core research topic in the field of E-CO₂RR. Unfortunately, the traditional method of coating electrodes with binders (e.g., Nafion, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene) usually results in a low utilization ratio of active sites due to the easy aggregation of the catalysts themselves. This could result in the severe embedding of active sites and limited mass transfer. Moreover, the dissolution of the catalyst layer during the electrocatalytic process also reduces the activity and stability of the electrodes, making it difficult to reuse. Therefore, it is necessary to regulate the electrode reaction interface to improve the utilization ratio of active sites. The integrated electrodes, where the catalyst is grown directly on the current collector, can avoid the use of binders to facilitate the exposure of active sites and transfer of electrons. The integrated structure can also enhance the bonding strength between the active material and current collector and improve the cycling stability of the electrodes. Meanwhile, the micro-environment (e.g., pH, concentration of CO₂, and intermediates) at the three-phase interface can be effectively controlled on the integrated electrodes, which can enhance the performance of the E-CO₂RR. In recent years, encouraging progress has been achieved in the study of the E-CO₂RR. However, current reviews of the E-CO₂RR mainly focus on the regulation of the intrinsic activity of catalysts; discussions and reviews from the perspective of the electrodes are rarely reported. This article reviews the latest research of the integrated electrodes for the E-CO₂RR with a focus on the application of different types of integrated electrodes (e.g., metal, alloy, metal oxide, metal sulfide/phosphide, and metal single atom). It also analyzes the effects of morphology, surface, and interface regulation on the electrocatalytic performance of the E-CO₂RR. Finally, it highlights the challenges that still exist in this field and discusses the future development of the integrated electrodes.

Key words: Integrated electrode, Electrocatalysis, Carbon dioxide reduction reaction, Structural design, Interface regulation

宋雨珂, 谢文富, 邵明飞. 一体化电极电催化二氧化碳还原研究进展[J]. 物理化学学报, 2022, 38(6), 2101028. doi: 10.3866/PKU.WHXB202101028

Yuke Song, Wenfu Xie, Mingfei Shao. Recent Advances in Integrated Electrode for Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38(6), 2101028. doi: 10.3866/PKU.WHXB202101028

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图/表 9

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表1

参考文献 145

1	Reichstein M. ; Bahn M. ; Ciais P. ; Frank D. ; Mahecha M. D. ; Seneviratne S. I. ; Zscheischler J. ; Beer C. ; Buchmann N. ; Frank D. C. ; et al Nature 2013, 500, 287. doi: 10.1038/nature12350
2	Rogelj J. ; Luderer G. ; Pietzcker R. C. ; Kriegler E. ; Schaeffer M. ; Krey V. ; Riahi K. Nat. Clim. Change 2015, 5, 519. doi: 10.1038/nclimate2572
3	Mac Dowell N. ; Fennell P. S. ; Shah N. ; Maitland G. C. Nat. Clim. Change 2017, 7, 243. doi: 10.1038/nclimate3231
4	Zhu D. D. ; Liu J. L. ; Qiao S. Z. Adv. Mater. 2016, 28, 3423. doi: 10.1002/adma.201504766
5	Sreekanth N. ; Nazrulla M. A. ; Vineesh T. V. ; Sailaja K. ; Phani K. L. Chem. Commun. 2015, 51, 16061. doi: 10.1039/C5CC06051F
6	Liu J. ; Guo C. ; Vasileff A. ; Qiao S. Small Methods 2017, 1, 1600006. doi: 10.1002/smtd.201600006
7	Wu J. H. ; Huang Y. ; Ye W. ; Li Y. G. Adv. Sci. 2017, 4, 1700194. doi: 10.1002/advs.201700194
8	Appel A. M. ; Bercaw J. E. ; Bocarsly A. B. ; Dobbek H. ; DuBois D. L. ; Dupuis M. ; Ferry J. G. ; Fujita E. ; Hille R. ; Kenis P. J. A. ; et al Chem. Rev. 2013, 113, 6621. doi: 10.1021/cr300463y
9	Kumar B. ; Llorente M. ; Froehlich J. ; Dang T. ; Sathrum A. ; Kubiak C. P. Annu. Rev. Phy. Chem. 2012, 63, 541. doi: 10.1146/annurev-physchem-032511-143759
10	Furler P. ; Scheffe J. ; Gorbar M. ; Moes L. ; Vogt U. ; Steinfeld A. Energy Fuels 2012, 26, 7051. doi: 10.1021/ef3013757
11	Nielsen D. U. ; Hu X. M. ; Daasbjerg K. ; Skrydstrup T. Nat. Catal. 2018, 1, 244. doi: 10.1038/s41929-018-0051-3
12	Wang W. ; Wang S. ; Ma X. ; Gong J. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 3703. doi: 10.1039/C1CS15008A
13	Li F. ; Zhao S. F. ; Chen L. ; Khan A. ; MacFarlane D. R. ; Zhang J. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 216. doi: 10.1039/C5EE02879E
14	Hong X. ; Chan K. ; Tsai C. ; Nørskov J. K. ACS Catal. 2016, 6, 4428. doi: 10.1021/acscatal.6b00619
15	Jin H. ; Guo C. ; Liu X. ; Liu J. ; Vasileff A. ; Jiao Y. ; Zheng Y. ; Qiao S. Z. Chem. Rev. 2018, 118, 6337. doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00689
16	Wang Y. ; Han P. ; Lv X. ; Zhang L. ; Zheng G. Joule 2018, 2, 2551. doi: 10.1016/j.joule.2018.09.021
17	Wang W. ; Shang L. ; Chang G. ; Yan C. ; Shi R. ; Zhao Y. ; Waterhouse G. I. N. ; Yang D. ; Zhang T. Adv. Mater. 2019, 31, 1808276. doi: 10.1002/adma.201808276
18	Liu S. ; Yang H. ; Su X. ; Ding J. ; Mao Q. ; Huang Y. ; Zhang T. ; Liu B. J. Energy Chem. 2019, 36, 95. doi: 10.1016/j.jechem.2019.06.013
19	Zhou Y. ; Che F. ; Liu M. ; Zou C. ; Liang Z. ; De Luna P. ; Yuan H. ; Li J. ; Wang Z. ; Xie H. ; et al Nat. Chem. 2018, 10, 974. doi: 10.1038/s41557-018-0092-x
20	Pan F. ; Li B. ; Sarnello E. ; Hwang S. ; Gang Y. ; Feng X. ; Xiang X. ; Adli N. M. ; Li T. ; Su D. ; et al Nano Energy 2020, 68, 104384. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104384
21	Pan F. ; Duan Y. ; Liang A. ; Zhang J. ; Li Y. Electrochim. Acta 2017, 238, 375. doi: 10.1016/j.electacta.2017.04.044
22	Hoang T. T. H. ; Verma S. ; Ma S. ; Fister T. T. ; Timoshenko J. ; Frenkel A. I. ; Kenis P. J. A. ; Gewirth A. A. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 5791. doi: 10.1021/jacs.8b01868
23	Wen G. ; Lee D. U. ; Ren B. ; Hassan F. M. ; Jiang G. ; Cano Z. P. ; Gostick J. ; Croiset E. ; Bai Z. ; Yang L. ; et al Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1802427. doi: 10.1002/aenm.201802427
24	Cheng T. ; Wang L. ; Merinov B. V. ; Goddard W. A. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 7787. doi: 10.1021/jacs.8b04006
25	Li L. ; Ma D. K. ; Qi F. ; Chen W. ; Huang S. Electrochim. Acta 2019, 298, 580. doi: 10.1016/j.electacta.2018.12.116
26	Liu S. ; Xiao J. ; Lu X. F. ; Wang J. ; Wang X. ; Lou X. W. D. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 8499. doi: 10.1002/anie.201903613
27	Liang C. ; Kim B. ; Yang S. ; Yang L. ; Francisco Woellner C. ; Li Z. ; Vajtai R. ; Yang W. ; Wu J. ; Kenis P. J. A. ; et al J. Mater. Chem. A 2018, 6, 10313. doi: 10.1039/C8TA01367E
28	Zheng X. ; Ji Y. ; Tang J. ; Wang J. ; Liu B. ; Steinrück H. G. ; Lim K. ; Li Y. ; Toney M. F. ; Chan K. ; et al Nat. Catal. 2019, 2, 55. doi: 10.1038/s41929-018-0200-8
29	Nitopi S. ; Bertheussen E. ; Scott S. B. ; Liu X. ; Engstfeld A. K. ; Horch S. ; Seger B. ; Stephens I. E. L. ; Chan K. ; Hahn C. ; et al Chem. Rev. 2019, 119, 7610. doi: 10.1021/acs.chemrev.8b00705
30	Zhao Y. ; Tan X. ; Yang W. ; Jia C. ; Chen X. ; Ren W. ; Smith S. C. ; Zhao C. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 21493. doi: 10.1002/anie.202009616
31	Michael B. Ross ; Yang P. ; Phil De Luna ; Yi F. L. ; Cao Thang Dinh ; Dohyung Kim ; Sargent E. H. Nat. Catal. 2019, 2, 648. doi: 10.1038/s41929-019-0306-7
32	Liu X. ; Xiao J. ; Peng H. ; Hong X. ; Chan K. ; Nørskov J. K. Nat. Commun. 2017, 8, 15438. doi: 10.1038/ncomms15438
33	Pan F. ; Yang Y. Energy Environ. Sci. 2020, 13, 2275. doi: 10.1039/d0ee00900h
34	Sun H. ; Yan Z. ; Liu F. ; Xu W. ; Cheng F. ; Chen J. Adv. Mater. 2020, 32, 1806326. doi: 10.1002/adma.201806326
35	Liu J. ; Zhu D. ; Zheng Y. ; Vasileff A. ; Qiao S. ACS Catal. 2018, 8, 6707. doi: 10.1021/acscatal.8b01715
36	Yang H. ; Wang X. ; Hu Q. ; Chai X. ; Ren X. ; Zhang Q. ; Liu J. ; He C. Small Methods 2020, 4, 1900826. doi: 10.1002/smtd.201900826
37	Tang C. ; Wang H. F. ; Zhang Q. Acc. Chem. Res. 2018, 51, 881. doi: 10.1021/acs.accounts.7b00616
38	Ji D. X. ; Fan L. ; Li L. L. ; Peng S. J. ; Yu D. S. ; Song J. N. ; Ramakrishna S. ; Guo S. J. Adv. Mater. 2019, 31, 1808267. doi: 10.1002/adma.201808267
39	Wang P. ; Jia T. ; Wang B. J. Power Sources 2020, 474, 228621. doi: 10.1016/j.jpowsour.2020.228621
40	Luo W. ; Zhang Q. ; Zhang J. ; Moioli E. ; Zhao K. ; Züttel A. Appl. Catal. B: Environ. 2020, 273, 119060. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.119060
41	Zhang T. ; Han X. ; Yang H. ; Han A. ; Hu E. ; Li Y. ; Yang X. Q. ; Wang L. ; Liu J. ; Liu B. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2. doi: 10.1002/anie.202002984
42	Zhong H. ; Qiu Y. ; Zhang T. ; Li X. ; Zhang H. ; Chen X. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 13746. doi: 10.1039/c6ta06202d
43	Zhou L. ; Shao M. F. ; Li J. B. ; Jiang S. ; Wei M. ; Duan X. Nano Energy 2017, 41, 583. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.10.009
44	Xu K. ; Wang F. ; Wang Z. ; Zhan X. ; Wang Q. ; Cheng Z. ; Safdar M. ; He J. ACS Nano 2014, 8, 8468. doi: 10.1021/nn503027k
45	Li Z. H. ; Shao M. F. ; Yang Q. H. ; Tang Y. ; Wei M. ; Evans D. G. ; Duan X. Nano Energy 2017, 37, 98. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.05.016
46	Han Z. ; Hu Q. ; Cheng Z. ; Li G. ; Huang X. ; Wang Z. ; Yang H. ; Ren X. ; Zhang Q. ; Liu J. ; et al Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2000154. doi: 10.1002/adfm.202000154
47	Su X. ; Sun Y. ; Jin L. ; Zhang L. ; Yang Y. ; Kerns P. ; Liu B. ; Li S. ; He J. Appl. Catal. B: Environ. 2020, 269, 118800. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.118800
48	An X. ; Li S. ; Yoshida A. ; Yu T. ; Wang Z. ; Hao X. ; Abudula A. ; Guan G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 42114. doi: 10.1021/acsami.9b13270
49	Rosen J. ; Hutchings G. S. ; Lu Q. ; Forest R. V. ; Moore A. ; Jiao F. ACS Catal. 2015, 5, 4586. doi: 10.1021/acscatal.5b00922
50	Wanninayake N. ; Ai Q. ; Zhou R. ; Hoque M. A. ; Herrell S. ; Guzman M. I. ; Risko C. ; Kim D. Y. Carbon 2020, 157, 408. doi: 10.1016/j.carbon.2019.10.022
51	Hori Y. ; Kikuchi K. ; Murata A. ; Suzuki S. Chem. Lett. 1986, 15, 897. doi: 10.1246/cl.1986.897
52	Hori Y. ; Wakebe H. ; Tsukamoto T. ; Koga O. Electrochim. Acta 1994, 39, 1833. doi: 10.1016/0013-4686(94)85172-7
53	Hori Y. ; Murata A. ; Takahashi R. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 1989, 85, 2309. doi: 10.1039/F19898502309
54	Kuhl K. P. ; Cave E. R. ; Abram D. N. ; Jaramillo T. F. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7050. doi: 10.1039/C2EE21234J
55	Bai X. F. ; Wei C. ; Wang B. Y. ; Feng G. H. ; WeI W. ; Jiao Z. ; Sun Y. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33, 2388.
	白晓芳; 陈为; 王白银; 冯光辉; 魏伟; 焦正; 孙予罕. 物理化学学报, 2017, 33, 2388. doi: 10.3866/PKU.WHXB201706131
56	Zhou Y. ; Han N. ; Li Y. G. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 2001041.
	周远; 韩娜; 李彦光. 物理化学学报, 2020, 36, 2001041. doi: 10.3866/PKU.WHXB202001041
57	Zou J. ; Iqbal M. ; Vijayakumar A. ; Wang C. ; Macfarlane D. R. ; Yamauchi Y. ; Lee C. Y. ; Wallace G. G. J. Mater. Chem. A 2020, 8, 8041. doi: 10.1039/d0ta02077j
58	Greeley J. ; Jaramillo T. F. ; Bonde J. ; Chorkendorff I. ; Nørskov J. K. Nat. Mater. 2006, 5, 909. doi: 10.1038/nmat1752
59	Yang H. ; Han N. ; Deng J. ; Wu J. ; Wang Y. ; Hu Y. ; Ding P. ; Li Y. ; Li Y. ; Lu J. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1801536. doi: 10.1002/aenm.201801536
60	Gong Q. ; Ding P. ; Xu M. ; Zhu X. ; Wang M. ; Deng J. ; Ma Q. ; Han N. ; Zhu Y. ; Lu J. ; et al Nat. Commun. 2019, 10, 2807. doi: 10.1038/s41467-019-10819-4
61	Han N. ; Wang Y. ; Yang H. ; Deng J. ; Wu J. H. ; Li Y. F. ; Li Y. G. Nat. Commun. 2018, 9, 1320. doi: 10.1038/s41467-018-03712-z
62	Kim S. ; Dong W. J. ; Gim S. ; Sohn W. ; Park J. Y. ; Yoo C. J. ; Jang H. W. ; Lee J. L. Nano Energy 2017, 39, 44. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.05.065
63	Cai Z. ; Zhang Y. ; Zhao Y. ; Wu Y. ; Xu W. ; Wen X. ; Zhong Y. ; Zhang Y. ; Liu W. ; Wang H. ; et al Nano Res. 2018, 12, 345. doi: 10.1007/s12274-018-2221-7
64	Kibria M. G. ; Edwards J. P. ; Gabardo C. M. ; Dinh C. T. ; Seifitokaldani A. ; Sinton D. ; Sargent E. H. Adv. Mater. 2019, 31, 1807166. doi: 10.1002/adma.201807166
65	Zhuang T. T. ; Liang Z. Q. ; Seifitokaldani A. ; Li Y. ; De Luna P. ; Burdyny T. ; Che F. ; Meng F. ; Min Y. ; Quintero Bermudez R. ; et al Nat. Catal. 2018, 1, 421. doi: 10.1038/s41929-018-0084-7
66	Dinh C. T. ; Burdyny T. ; Kibria M. G. ; Seifitokaldani A. ; Gabardo C. M. ; García de Arquer F. P. ; Kiani A. ; Edwards J. P. ; De Luna P. ; Bushuyev O. S. ; et al Science 2018, 360, 783. doi: 10.1126/science.aas9100
67	Burdyny T. ; Smith W. A. Energy Environ. Sci. 2019, 12, 1431. doi: 10.1039/C8EE03134G
68	Weekes D. M. ; Salvatore D. A. ; Reyes A. ; Huang A. ; Berlinguette C. P. Acc. Chem. Res. 2018, 51, 910. doi: 10.1021/acs.accounts.8b00010
69	Sedighian Rasouli A. ; Wang X. ; Wicks J. ; Lee G. ; Peng T. ; Li F. ; McCallum C. ; Dinh C. T. ; Ip A. H. ; Sinton D. ; et al ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 14668. doi: 10.1021/acssuschemeng.0c03453
70	Li Y. ; Cui F. ; Ross M. B. ; Kim D. ; Sun Y. ; Yang P. Nano Lett. 2017, 17, 1312. doi: 10.1021/acs.nanolett.6b05287
71	Shao J. ; Wang Y. ; Gao D. ; Ye K. ; Wang Q. ; Wang G. Chin. J. Catal. 2020, 41, 1393. doi: 10.1016/s1872-2067(20)63577-x
72	Ma X. ; Shen Y. ; Yao S. ; Shu M. ; Si R. ; An C. Chem. Eur. J. 2019, 26, 4143. doi: 10.1002/chem.201904619
73	Li Y. C. ; Wang Z. ; Yuan T. ; Nam D. H. ; Luo M. ; Wicks J. ; Chen B. ; Li J. ; Li F. ; de Arquer F. P. G. ; et al J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 8584. doi: 10.1021/jacs.9b02945
74	Schreier M. ; Héroguel F. ; Steier L. ; Ahmad S. ; Luterbacher J. S. ; Mayer M. T. ; Luo J. ; Grätzel M. Nat. Energy 2017, 2, 17087. doi: 10.1038/nenergy.2017.87
75	Zhang E. H. ; Wang T. ; Yu K. ; Liu J. ; Chen W. X. ; Li A. ; Rong H. P. ; Lin R. ; Ji S. F. ; Zheng X. S. ; et al J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 16569. doi: 10.1021/jacs.9b08259
76	Sun J. ; Zheng W. ; Lyu S. ; He F. ; Yang B. ; Li Z. ; Lei L. ; Hou Y. Chin. Chem. Lett. 2020, 31, 1415. doi: 10.1016/j.cclet.2020.04.031
77	Hao L. ; Sun Z. Acta Phys.-Chim. Sin. 2021, 37, 2009033.
	郝磊端; 孙振宇. 物理化学学报, 2021, 37, 2009033. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009033
78	Li H. ; Xiao N. ; Wang Y. ; Liu C. ; Zhang S. ; Zhang H. ; Bai J. ; Xiao J. ; Li C. ; Guo Z. ; et al J. Mater. Chem. A 2020, 8, 1779. doi: 10.1039/c9ta12401b
79	Tran Phu T. ; Daiyan R. ; Fusco Z. ; Ma Z. ; Amal R. ; Tricoli A. Adv. Funct. Mater. 2019, 30, 1906478. doi: 10.1002/adfm.201906478
80	Wu D. ; Huo G. ; Chen W. ; Fu X. Z. ; Luo J. L. Appl. Catal. B: Environ. 2020, 271, 118957. doi: 10.1016/j.apcatb.2020.118957
81	Jouny M. ; Luc W. ; Jiao F. Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57, 2165. doi: 10.1021/acs.iecr.7b03514
82	Wang X. X. ; Klingan K. ; Klingenhof M. ; Móller T. ; Araújo J. F. ; Martens I. ; Bagger A. ; Jiang S. ; Rossmeisl J. ; Dau Holger. ; et al Nat. Commun. 2021, 12, 794. doi: 10.1038/s41467-021-20961-7
83	Luo M. ; Wang Z. ; Li Y. C. ; Li J. ; Li F. ; Lum Y. ; Nam D. H. ; Chen B. ; Wicks J. ; Xu A. ; et al Nat. Commun. 2019, 10, 5814. doi: 10.1038/s41467-019-13833-8
84	Li J. ; Xu A. ; Li F. ; Wang Z. ; Zou C. ; Gabardo C. M. ; Wang Y. ; Ozden A. ; Xu Y. ; Nam D. H. ; et al Nat. Commun. 2020, 11, 3685. doi: 10.1038/s41467-020-17499-5
85	Cheng T. ; Xiao H. ; Goddard W. A. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 4767. doi: 10.1021/acs.jpclett.5b02247
86	Cheng T. ; Xiao H. ; Goddard W. A. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2017, 114, 1795. doi: 10.1073/pnas.1612106114
87	Li Y. ; Xu A. ; Lum Y. ; Wang X. ; Hung S. F. ; Chen B. ; Wang Z. ; Xu Y. ; Li F. ; Abed J. ; et al Nat. Commun. 2020, 11, 6190. doi: 10.1038/s41467-020-20004-7
88	Xie J. ; Zhang H. ; Li S. ; Wang R. ; Sun X. ; Zhou M. ; Zhou J. ; Lou X. W. ; Xie Y. Adv. Mater. 2013, 25, 5807. doi: 10.1002/adma.201302685
89	Liu Y. ; Jiang S. ; Li S. ; Zhou L. ; Li Z. ; Li J. ; Shao M. Appl. Catal. B: Environ. 2019, 247, 107. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.01.094
90	Zhou L. ; Shao M. F. ; Zhang C. ; Zhao J. ; He S. ; Rao D. ; Wei M. ; Evans D. G. ; Duan X. Adv. Mater. 2017, 29, 1604080. doi: 10.1002/adma.201604080
91	Deng X. ; Kang X. ; Li M. ; Xiang K. ; Wang C. ; Guo Z. ; Zhang J. ; Fu X. Z. ; Luo J. L. J. Mater. Chem. A 2020, 8, 1138. doi: 10.1039/c9ta06917h
92	Gu J. ; Aguiar J. A. ; Ferrere S. ; Steirer K. X. ; Yan Y. ; Xiao C. ; Young James L. ; Al Jassim M. ; Neale N. R. ; Turner J. A. Nat. Energy 2017, 2, 16192. doi: 10.1038/nenergy.2016.192
93	Wang J. ; Chao D. ; Liu J. ; Li L. ; Lai L. ; Lin J. ; Shen Z. Nano Energy 2014, 7, 151. doi: 10.1016/j.nanoen.2014.04.019
94	Asadi M. ; Kumar B. ; Behranginia A. ; Rosen B. A. ; Baskin A. ; Repnin N. ; Pisasale D. ; Phillips P. ; Zhu W. ; Haasch R. ; et al Nat. Commun. 2014, 5, 4470. doi: 10.1038/ncomms5470
95	Zhu Q. ; Sun X. ; Kang X. ; Ma J. ; Qian Q. ; Han B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 261.
	朱庆宫; 孙哓甫; 康欣晨; 马珺; 钱庆利; 韩布兴. 物理化学学报, 2016, 32, 261. doi: 10.3866/PKU.WHXB201512101
96	Xu J. ; Li X. ; Liu W. ; Sun Y. ; Ju Z. ; Yao T. ; Wang C. ; Ju H. ; Zhu J. ; Wei S. ; et al Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 9121. doi: 10.1002/anie.201704928
97	Shi G. ; Yu L. ; Ba X. ; Zhang X. ; Zhou J. ; Yu Y. Dalton Trans. 2017, 46, 10569. doi: 10.1039/C6DT04381J
98	Kong X. ; Wang C. ; Zheng H. ; Geng Z. ; Bao J. ; Zeng J. Sci. China Chem. 2021, 64, 1096. doi: 10.1007/s11426-020-9934-0
99	Zhao Z. ; Peng X. Y. ; Liu X. J. ; Sun X. M. ; Shi J. ; Han L. l. ; Lia G. L. ; Luo J. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 20239. doi: 10.1039/C7TA05507B
100	Ji L. ; Li L. ; Ji X. ; Zhang Y. ; Mou S. ; Wu T. ; Liu Q. ; Li B. ; Zhu X. ; Luo Y. ; et al Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 132, 768. doi: 10.1002/anie.201912836
101	Landers A. T. ; Fields M. ; Torelli D. A. ; Xiao J. ; Hellstern T. R. ; Francis S. A. ; Tsai C. ; Kibsgaard J. ; Lewis N. S. ; Chan K. ; et al ACS Energy Lett. 2018, 3, 1450. doi: 10.1021/acsenergylett.8b00237
102	Gu J. ; Hsu C. S. ; Bai L. ; Chen H. M. ; Hu X. Science 2019, 364, 1091. doi: 10.1126/science.aaw7515
103	Wang A. ; Li J. ; Zhang T. Nat. Rev. Chem. 2018, 2, 65. doi: 10.1038/s41570-018-0010-1
104	Yang H. B. ; Hung S. F. ; Liu S. ; Yuan K. ; Miao S. ; Zhang L. ; Huang X. ; Wang H. Y. ; Cai W. ; Chen R. ; et al Nat. Energy 2018, 3, 140. doi: 10.1038/s41560-017-0078-8
105	Pan F. ; Zhang H. ; Liu Z. ; Cullen D. ; Liu K. ; More K. ; Wu G. ; Wang G. ; Li Y. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 26231. doi: 10.1039/C9TA08862H
106	Cheng Y. ; Zhao S. ; Johannessen B. ; Veder J. P. ; Saunders M. ; Rowles M. R. ; Cheng M. ; Liu C. ; Chisholm M. F. ; De Marco R. ; et al Adv. Mater. 2018, 30, 1706287. doi: 10.1002/adma.201706287
107	Huang X. ; Ma Y. ; Zhi L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2011050.
	黄小雄; 马英杰; 智林杰. 物理化学学报, 2021, 37, 2011050. doi: 10.3866/PKU.WHXB202011050
108	Yang H. ; Lin Q. ; Zhang C. ; Yu X. ; Cheng Z. ; Li G. ; Hu Q. ; Ren X. ; Zhang Q. ; Liu J. ; et al Nat. Commun. 2020, 11, 593. doi: 10.1038/s41467-020-14402-0
109	Zhao C. ; Wang Y. ; Li Z. ; Chen W. ; Xu Q. ; He D. ; Xi D. ; Zhang Q. ; Yuan T. ; Qu Y. ; et al Joule 2018, 3, 584. doi: 10.1016/j.joule.2018.11.008
110	Xie W. ; Li H. ; Cui G. ; Li J. ; Song Y. ; Li S. ; Zhang X. ; Lee J. Y. ; Shao M. ; Wei M. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7382. doi: 10.1002/anie.202014655
111	Oh S. ; Park Y. S. ; Park H. ; Kim H. ; Jang J. H. ; Choi I. ; Kim S. K. J. Ind. and Eng. Chem. 2020, 82, 374. doi: 10.1016/j.jiec.2019.11.001
112	Yang H. P. ; Wu Y. ; Lin Q. ; Fan L. D. ; Chai X. Y. ; Zhang Q. L. ; Liu J. H. ; He C. X. ; Lin Z. Q. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 15476. doi: 10.1002/anie.201809255
113	Ren D. ; Fong J. ; Yeo B. S. Nat. Commun. 2018, 9, 925. doi: 10.1038/s41467-018-03286-w
114	Mistry H. ; Varela A. S. ; Bonifacio C. S. ; Zegkinoglou I. ; Sinev I. ; Choi Y. W. ; Kisslinger K. ; Stach E. A. ; Yang J. C. ; Strasser P. ; et al Nat. Commun. 2016, 7, 12123. doi: 10.1038/ncomms12123
115	Ren D. ; Deng Y. ; Handoko A. D. ; Chen C. S. ; Malkhandi S. ; Yeo B. S. ACS Catal. 2015, 5, 2814. doi: 10.1021/cs502128q
116	Peng Y. ; Wu T. ; Sun L. ; Nsanzimana J. M. V. ; Fisher A. C. ; Wang X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 32782. doi: 10.1021/acsami.7b10421
117	Yang H. ; Wu Y. ; Li G. ; Lin Q. ; Hu Q. ; Zhang Q. ; Liu J. ; He C. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 12717. doi: 10.1021/jacs.9b04907
118	Low Q. H. ; Loo N. W. X. ; Calle Vallejo F. ; Yeo B. S. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 2256. doi: 10.1002/anie.201810991
119	Ren D. ; Wong N. T. ; Handoko A. D. ; Huang Y. ; Yeo B. S. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 20. doi: 10.1021/acs.jpclett.5b02554
120	Ma M. ; Djanashvili K. ; Smith W. A. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 6680. doi: 10.1002/anie.201601282
121	Xie W. ; Song Y. ; Li S. ; Li J. ; Yang Y. ; Liu W. ; Shao M. ; Wei M. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1906477. doi: 10.1002/adfm.201906477
122	Fan K. ; Li Z. ; Song Y. ; Xie W. ; Shao M. ; Wei M. Adv. Funct. Mater. 2020, 2008064. doi: 10.1002/adfm.202008064
123	Li S. ; Xie W. ; Song Y. ; Shao M. ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 452. doi: 10.1021/acssuschemeng.9b05754
124	Xie W. ; Li J. ; Song Y. ; Li S. ; Li J. ; Shao M. Nano-Micro Lett. 2020, 12, 97. doi: 10.1007/s40820-020-00435-z
125	Xiao K. ; Zhou L. ; Shao M. ; Wei M. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 7585. doi: 10.1039/c8ta01067f
126	Zhou L. ; Jiang S. ; Liu Y. ; Shao M. ; Wei M. ; Duan X. ACS Appl. Energy Mater. 2018, 1, 623. doi: 10.1021/acsaem.7b00151
127	Jiang S. ; Liu Y. ; Xie W. ; Shao M. J. Energy Chem. 2019, 33, 125. doi: 10.1016/j.jechem.2018.08.010
128	Huang X. ; Xu X. ; Luan X. ; Cheng D. Nano Energy 2020, 68, 104332. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104332
129	Yan L. ; Zhang B. ; Zhu J. ; Li Y. ; Tsiakaras P. ; Kang Shen P. Appl. Catal. B: Environ. 2020, 265, 118555. doi: 10.1016/j.apcatb.2019.118555
130	Liu W. ; Dang L. ; Xu Z. ; Yu H. ; Jin S. ; Huber G. W. ACS Catal. 2018, 8, 5533. doi: 10.1021/acscatal.8b01017
131	Zhang M. ; Liu Y. ; Liu B. ; Chen Z. ; Xu H. ; Yan K. ACS Catal. 2020, 10, 5179. doi: 10.1021/acscatal.0c00007
132	Li X. ; Wang S. ; Li L. ; Sun Y. ; Xie Y. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 9567. doi: 10.1021/jacs.0c02973
133	Han N. ; Ding P. ; He L. ; Li Y. Y. ; Li Y. G. Adv. Energy Mater. 2019, 10, 1902338. doi: 10.1002/aenm.201902338
134	Lee W. ; Kim Y. E. ; Youn M. H. ; Jeong S. K. ; Park K. T. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 6883. doi: 10.1002/anie.201803501
135	Yin Z. ; Peng H. ; Wei X. ; Zhou H. ; Gong J. ; Huai M. ; Xiao L. ; Wang G. ; Lu J. ; Zhuang L. Energy Environ. Sci. 2019, 12, 2455. doi: 10.1039/c9ee01204d
136	Wei P. ; Li H. ; Lin L. ; Gao D. ; Zhang X. ; Gong H. ; Qing G. ; Cai R. ; Wang G. ; Bao X. Sci. China. Chem. 2020, 63, 1711. doi: 10.1007/s11426-020-9825-9
137	Hu C. ; Gong L. ; Xiao Y. ; Yuan Y. ; Bedford N. M. ; Xia Z. ; Ma L. ; Wu T. ; Lin Y. ; Connell J. W. ; et al Adv. Mater. 2020, 1907436. doi: 10.1002/adma.201907436
138	Chen J. ; Zou K. ; Ding P. ; Deng J. ; Zha C. ; Hu Y. ; Zhao X. ; Wu J. ; Fan J. ; Li Y. Adv. Mater. 2019, 31, 1805484. doi: 10.1002/adma.201805484
139	Zhang W. ; Hu C. ; Guo Z. ; Dai L. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 3470. doi: 10.1002/anie.201913687
140	Wang K. ; Wu Y. ; Cao X. ; Gu L. ; Hu J. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1908965. doi: 10.1002/adfm.201908965
141	Zheng W. ; Yang J. ; Chen H. ; Hou Y. ; Wang Q. ; Gu M. ; He F. ; Xia Y. ; Xia Z. ; Li Z. ; et al Adv. Funct. Mater. 2019, 30, 1907658. doi: 10.1002/adfm.201907658
142	Xie J. ; Wang X. ; Lv J. ; Huang Y. ; Wu M. ; Wang Y. ; Yao J. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 16996. doi: 10.1002/anie.201811853
143	Yang R. ; Xie J. ; Liu Q. ; Huang Y. ; Lv J. ; Ghausi M. A. ; Wang X. ; Peng Z. ; Wu M. ; Wang Y. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 2575. doi: 10.1039/c8ta10958c
144	Endrődi B. ; Bencsik G. ; Darvas F. ; Jones R. ; Rajeshwar K. ; Janáky C. Prog. Energy Combust. 2017, 62, 133. doi: 10.1016/j.pecs.2017.05.005
145	Gao D. ; Wei P. ; Li H. ; Lin L. ; Wang G. ; Bao X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2009021.
	高敦峰; 魏鹏飞; 李合肥; 林龙; 汪国雄; 包信和. 物理化学学报, 2021, 37, 2009021. doi: 10.3866/PKU.WHXB202009021

Catalyst	Product	Electrolyte	Potential/(V vs. RHE)	FE/%	j/(mA·cm^-2)	Stability/h	Ref.
Zn	CO	1.0 mol·L^-1 KOH	-0.62	91.6	-200 (flow cell)	18	40
Hierarchical CoS₂ nanocages	CO	0.5 mol·L^-1 KHCO₃	-0.6	85.7	-3.3	-	46
Au₃Cu	CO	0.1 mol·L^-1 KHCO₃	-0.7	98.12	-12.77	80	72
NiSA/PCFM	CO	0.5 mol·L^-1 KHCO₃	-1.0	88	-350.4 (flow cell)	120	108
Ag-deposited Ti GDE	CO	1.0 mol·L^-1 KHCO₃	-	67.3	-	-	111
NSHCF900	CO	0.5 mol·L^-1 KHCO₃	-0.7	94	-109.5	36	112
Bi nanodendrite	HCOO^-/HCOOH	0.5 mol·L^-1 NaHCO₃	-1.8 (vs. SCE)	96.4	-15.2	10	42
mPd/TNTAs	HCOO^-/HCOOH	0.5 mol·L^-1 NaHCO₃	-0.1	88±2	–	4	57
Bi nanoflaks@Cu film	HCOO^-/HCOOH	0.1 mol·L^-1 KHCO₃	-0.6	100	-	10	62
V_O-SnO_x/CF-40	HCOO^-/HCOOH	0.1 mol·L^-1 KHCO₃	-1.0	86	-34.9	8	78
NiSn-APC	HCOO^-/HCOOH	0.5 mol·L^-1 KHCO₃	-0.82	86.1	-43.7	23	110
CuS-NW@NF	CH₄	0.1 mol·L^-1 KHCO₃	-1.1	73±5	-	60	99
Oxide-derived Cu	CH₄	0.1 mol·L^-1 CsHCO₃	-1.2	62	-29	-	113
Plasma-Cu	C₂H₄	0.1 mol·L^-1 NaHCO₃	-0.9	60	-	1	114
Cu₂O films	C₂H₄	0.1 mol·L^-1 KHCO₃	-0.99	39	-11.7	-	115
Porous copper foil	C₂H₄	0.1 mol·L^-1 KHCO₃	-1.3	35	-57	1.4	116
FeP NA/TM	CH₃OH	0.5 mol·L^-1 KHCO₃	-0.2	80.2	-	36	100
CuSAs/TCNFs	CH₃OH	0.1 mol·L^-1 KHCO₃	-0.9	44	-90	50	117
Zn dendrites	CH₃OH	0.5 mol·L^-1 KHCO₃	-0.2	10.5	-26	-	118
AgCu wire	C₂H₅OH	1.0 mol·L^-1 KOH	-0.68	30	-267 (flow cell)	-	22
HMMP Cu₅Zn₈	C₂H₅OH	0.1 mol·L^-1 KHCO₃	-0.8	46.6	-3.6	11	47
Cu nanocrystals	n-propanol	0.1 mol·L^-1 NaHCO₃	-0.95	14	-12	6	119
Cu nanowire arrays	n-propanol	0.1 mol·L^-1 KHCO₃	-1.1	75	-	5	120

[1]	徐涵煜, 宋雪旦, 张青, 于畅, 邱介山. 理论研究Cu@C₂N催化剂表面上水分子对电催化CO₂还原反应机理的影响[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303040 - .
[2]	段欣漩, Sendeku Marshet Getaye, 张道明, 周道金, 徐立军, 高学庆, 陈爱兵, 邝允, 孙晓明. 钨掺杂镍铁水滑石高效电催化析氧反应[J]. 物理化学学报, 2024, 40(1): 2303055 - .
[3]	王宁, 李一, 崔乾, 孙晓玥, 胡悦, 罗运军, 杜然. 金属气凝胶：可控制备与应用展望[J]. 物理化学学报, 2023, 39(9): 2212014 -0 .
[4]	夏伟锋, 季成宇, 王锐, 裘式纶, 方千荣. 基于四硫富瓦烯的无金属共价有机框架材料用于高效电催化析氧反应[J]. 物理化学学报, 2023, 39(9): 2212057 -0 .
[5]	陈瑶, 陈存, 曹雪松, 王震宇, 张楠, 刘天西. CO₂和N₂电还原中缺陷及界面工程的最新进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2212053 -0 .
[6]	于彦会, 饶鹏, 封苏阳, 陈民, 邓培林, 李静, 苗政培, 康振烨, 沈义俊, 田新龙. 钴原子团簇用于高效氧还原反应[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2210039 -0 .
[7]	兰畅, 楚宇逸, 王烁, 刘长鹏, 葛君杰, 邢巍. 质子交换膜燃料电池阴极非贵金属M-N_x/C型氧还原催化剂研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(8): 2210036 -0 .
[8]	杨帅, 徐瑜歆, 郝子坤, 秦胜建, 张润鹏, 韩钰, 杜利伟, 朱紫洢, 杜安宁, 陈欣, 吴昊, 乔冰冰, 李坚, 王艺, 孙昺晨, 闫融融, 赵晋津. 高效医学传感钙钛矿材料研究进展[J]. 物理化学学报, 2023, 39(5): 2211025 -0 .
[9]	荣佑文, 桑佳琪, 车丽, 高敦峰, 汪国雄. 二氧化碳电催化还原中的电解质效应[J]. 物理化学学报, 2023, 39(5): 2212027 -0 .
[10]	许义飞, 杨瀚文, 常晓侠, 徐冰君. 电催化动力学简介[J]. 物理化学学报, 2023, 39(4): 2210025 -0 .
[11]	王奥琦, 陈军, 张鹏飞, 唐珊, 冯兆池, 姚婷婷, 李灿. NiMo(O)物相结构与电解水析氢反应活性的关联[J]. 物理化学学报, 2023, 39(4): 2301023 -0 .
[12]	胡洋, 刘斌, 徐路遥, 董自强, 仵亚婷, 刘杰, 钟澄, 胡文彬. 基于微流控技术平台的Pt基三元电催化剂高通量合成和筛选[J]. 物理化学学报, 2023, 39(3): 2209004 -0 .
[13]	尉瑞芳, 李东峰, 尹恒, 王秀丽, 李灿. 微秒时间分辨的工况电化学紫外可见吸收光谱测量系统[J]. 物理化学学报, 2023, 39(2): 2207035 -0 .
[14]	韦天然, 张书胜, 刘倩, 邱园, 罗俊, 刘熙俊. 富氧空位的非晶氧化铜高选择性电催化还原CO₂制乙烯[J]. 物理化学学报, 2023, 39(2): 2207026 -0 .
[15]	刘真, 孟祥福, 古万苗, 查珺, 闫楠, 尤青, 夏楠, 王辉, 伍志鲲. 组合掺杂引入新型、多种镉配位方式增强金纳米团簇的电催化性能[J]. 物理化学学报, 2023, 39(12): 2212064 - .

一体化电极电催化二氧化碳还原研究进展

Recent Advances in Integrated Electrode for Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction

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