二氧化碳还原

二氧化碳还原（CO2 reduction）是一个涉及将二氧化碳（CO2）通过化学或电化学方法转化为有用化学物质的过程。这一过程对于减少温室气体排放、实现碳中和以及开发可再生能源具有重要意义。

基本原理

二氧化碳还原的基本原理是通过提供电子和质子来激活CO2分子，进而将其转化为一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、甲醇（CH3OH）等有价值的化合物。这个过程可以在光催化、热催化或电催化等条件下进行15。

电化学还原

电化学还原是二氧化碳还原的一个重要分支，它通过在电极上施加电流来驱动CO2的还原反应。电化学还原技术的反应机理、电极材料、电解质和催化剂的选择对反应效率有显著影响3。

催化剂材料

在电化学还原中，催化剂起着至关重要的作用。近年来，研究者们开发了多种催化剂材料，包括金属、金属氧化物、导电聚合物和碳材料等。例如，北京理工大学徐宝华教授团队在构筑聚离子液体-银（PIL-Ag）杂化材料用于高效电催化CO2制CO方面取得了重要进展2。此外，夏宝玉教授团队开发了新型耐蚀二氧化碳还原催化剂，构建了长效稳定的CO2电解系统7。

反应机理

对CO2电化学还原的反应机理有深入的理解是提高催化效率的关键。实验成果已经阐明了CO2•–界面稳定过程的反应机理，并为深入理解二氧化碳选择性还原的内在机制提供了直接实验证据4。

研究进展

近年来，CO2电化学还原领域的研究进展迅速。例如，化学与分子工程学院张金龙教授课题组在光催化二氧化碳还原领域取得了最新研究进展6。同时，研究者们也在探索催化剂结构与CO2还原性能（活性、选择性和稳定性）之间的内在相关性8。

商业化与应用

尽管CO2电催化还原技术不断提升，但商业化的要求尚未完全达到。为了推动CO2电还原相关研究成果从实验室走向实际应用，已经形成了一系列具有完全自主知识产权的CO2电还原关键技术9。

CO2捕获和分离技术

除了CO2还原技术，CO2捕获和分离技术也是实现碳中和的重要手段。这些技术包括燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧、化学链燃烧和钙链燃烧等10。

综上所述，二氧化碳还原是一个多学科交叉的研究领域，涉及材料科学、化学工程、电化学等多个方面。随着研究的深入和技术的进步，二氧化碳还原有望在未来的能源和环境领域发挥重要作用。