《表2 二氧化碳还原反应的热力学[77]》
由于化石燃料的消耗,CO2的大量排放使全球气候变暖,已经威胁到人类的生存与发展。环境保护和能源问题越来越重要,有效利用CO2,在太阳能的作用下将CO2转换为碳基燃料,一步完成太阳能的转换与存储,不仅可缓解温室效应,还可避免对传统能源的使用,对环境友好、能源节约的低碳经济具有重要推动作用[75]。然而,一个CO2含有两个C—O键,呈线性构型,且C—O键非常稳定,解离能高达750kJ/mol,因而在热力学和动力学上实现CO2还原非常困难。同时,CO2还原产物也比较复杂,如CO、HCOOH、HCHO、CH3OH、CH4等。表1与表2分别列出了CO2还原为不同产物所需的还原电位以及反应过程中标准焓(ΔH),吉布斯自由能(ΔG)和氧化还原电位(ΔE)的变化值。从表1可知,CO2还原的第一步是一个单电子还原过程,即将CO2分子还原为CO2-,其所需电位达-1.90eV。由于大多数无机半导体材料的电位均达不到这个要求,因而在热力学上如果不加以外力是难以实现的。另外一方面,其他CO2还原产物,如CO、HCOOH、HCHO、CH3OH、CH4等与水分解制氢所需电位比较接近,然而在CO2还原过程中,水氧化提供质子和电子是还原反应发生的前提条件,质子耦合的电子传输过程尽管可以绕开CO2分子还原为CO2-的过程,但由于涉及多电子的反应过程,因而在动力学上非常复杂,导致其产物的选择性较差,同时质子还原成H2通常与CO2还原具有竞争关系,导致CO2还原效率较低[76]。
图表编号 | XD00118518500 严禁用于非法目的 |
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绘制时间 | 2020.02.05 |
作者 | 张文华、佃丽雯、陈海燕、叶文华、胡晓峰、王辉虎、常鹰、马新国、董仕节 |
绘制单位 | 湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室、湖北工业大学材料与化学工程学院、湖北工业大学材料与化学工程学院、湖北工业大学材料与化学工程学院、湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室、湖北工业大学材料与化学工程学院、湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室、湖北工业大学材料与化学工程学院、湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室、湖北工业大学材料与化学工程学院、湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室、湖北工业大学材料与化学工程学院、湖北工业大学理学院、湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室、湖北工业大学材 |
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