《表1 二氧化碳还原成不同产物所需的还原电位》

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《氧化钨（WO_3）薄膜光电催化性能的改善及应用》

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（1）常温，常压，pH=7，E*为对应标准氢电极电位。

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]。