二氧化碳的控制技术研究进展论文

背景介绍

在过去的十年中，电催化CO2还原反应 (CO2RR) 与H2O生成C2+化合物已成为热门研究领域。原因主要有三个：一是太阳能、风能等可再生能源发电，可再生电力成本不断降低。可再生电力和电催化CO2RR的结合将有助于建立碳中和过程。其次，对高能分子的电催化CO2RR能够以化学能的形式储存电能。第三，最近的研究表明，电催化CO2RR可以实现C2+烯烃和含氧化合物的高选择性。同样令人感兴趣的是，电催化的C-C偶联可能通过与热催化氢化不同的机制进行，这为控制C-C偶联和产物选择性提供了新的机会。

除了电催化CO2RR外，电催化CO还原反应 (CORR) 生成C2+化合物近年来也备受关注。这不仅是因为CO是一种丰富且廉价的碳原料，可以从各种资源中生产，例如天然气/页岩气、煤炭和生物质，而且还因为可以构建通过CO将CO2 转化为C2+化合物的间接途径。间接途径包括两个步骤，即技术上成熟的电催化 CO2RR到CO，然后是电催化CORR到C2+化合物。如果可以开发出具有高选择性、活性和稳定性的电催化CORR的高效催化剂，则间接途径将是有希望的。

已经发表了多篇关于直接电催化CO2RR的优秀评论文章。然而，到目前为止，关于电催化CORR的评论文章很少。由于CO通常被认为是电催化CO2RR到 C2+化合物的关键反应中间体，因此电催化CO2RR和CORR之间肯定存在相似之处。然而，CO2RR和CORR之间的差异也是已知的。例如，在电催化CO2RR 中，C2H4的选择性通常高于Cu催化剂中的C2+含氧物（主要是C2H5OH），而在许多文献中，C2+含氧物是电催化CORR中的主要C2+产物。

本文回顾重点介绍了在铜基催化剂上电催化CO2RR和CORR转化为C2+化合物（包括 C2H4、C2H5OH、CH3COO 和 n-C3H7OH）的异同。首先，我们将介绍CO2 和CO电催化还原的基本知识，包括阴极和阳极反应、电催化反应器和关键性能参数。接下来，将讨论反应机制，特别是C-C耦联机制。此外，将强调为这两条路线开发高效催化剂和系统的进展。我们将分析决定电催化CO2RR和CORR的选择性、活性和稳定性的关键因素（主要包括催化剂、反应器配置和反应条件）。最后，我们将重点介绍这个蓬勃发展的研究领域的机遇、挑战和可能的未来发展趋势。

图文解读

图1 CO2RR直接途径和间接途径

表1 电催化平衡电势

图2 三种反应器

图3 关键性能参数

图4 C-C耦联机制

图5 C-C耦联后生成C2H4和C2H5OH的机制

图6 双金属铜基催化剂原理

原文链接： Electrocatalytic reduction of CO2 and CO to multi-carbon compounds over Cu-based catalysts

二氧化碳作为最主要的温室气体之一，随着人类活动的加剧而大量排放，造成全球变暖等气候环境变化，已是万夫所指。过多吸收二氧化碳，水稻、小麦产量显著提高，营养成份下降。这一结论是中科院南京土壤研究所与日本同行合作，历时4年开展的自由空气条件下的升高二氧化碳浓度控制技术的研究，最近获得的。 、更多的二氧化碳融于自然界的水中会导致降水ph值略有增加，但影响很微小。是二氧化碳的分子结构导致它是一种温室气体。温室气体是一种俗称，其实应当说是一类红外活性的分子。温室气体的分子是红外活性的。在分子中存在着非极性共价键和极性共价键。分子也分为极性分子和非极性分子。分子极性的强弱可以用偶极矩μ来表示。而只有偶极矩发生变化的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，则该分子就被称为红外活性的；而Δμ=0的分子振动不能产生红外振动吸收，则称之为非红外活性的。再顺手贴下以前在绿色和平论坛的帖子，是讲全球变暖的真正危害的（注意，真正，是真正！）。如果楼主有心的话，也请帮忙宣传一下吧。谢谢谁在乎？究竟，有谁会在乎气候变化？全球气温升温一两度，甚至六七度,南北极冰架的坍塌或融？北极熊的死活物种灭绝沿海地区淹没多少城市每年融化多少雪山每年夏天热死多少人因为炎热所带来的火灾烧掉多少森林干旱城市对于宣传全球变暖危害的朋友们，当我们将这些全球变暖所带来的影响摆给别人看，我们是否有十足的底气，可以让对方有同样的危机感？从我个人来看，这些东西，基本上对一个不了解全球变暖的正常人来讲，一点关系都没有。这些事情和我们日常生活有什么直接影响和关系？几乎一点都没有！顶多是冬天少穿点衣服，夏天多开一会空调，偶尔太热了单位学校还给放假，这不是挺好嘛。按这样的好处来看，越热越好！把老弱病残都热死了，还可以减少污染呢。那我们凭什么，要靠上面的这些东西，来让其他人在乎全球变暖？这说明了一个极其严重的问题——我们的沟通能力有问题——我们逆行着，走进了一条单行线。我们只考虑到了自己的价值观，而没有考虑到其他人的感受。这无论从哪个方面来说，都是一个极大的错误。全球变暖所带来的，不仅仅只是我们常说的那几条，还有许许多多的影响，是同人类生活有直接密切关系的。为什么我们没有将这些讲给别人听？•气温升高，会给人类生理机能造成影响，人类生病的几率将越来越大，各种生理疾病将快速蔓延，甚至会滋生出新疾病。眼科疾病、心脏类疾病、呼吸道系统疾病、消化系统类疾病、病毒类疾病、细菌类疾病……人们社会在医疗上所支付的金钱将越来越多，死于非命的人将越来越多。癌症，将越来越普及；促死，将会越来越普遍。再多的钱，再好的医生，也未必能救得了你的命；•气温升高所带来的热能，会提供给空气和海洋巨大的动能，从而形成大型，甚至超大型台风、飓风、海啸等灾难。我们每年所遭受和面临的灾难越来越多，损失的生命和金钱数目越来越大，越来越让人难以接受。再多的钱，也未必能救得了你的命；•台风海啸等灾难不单会直接破坏建筑物和威胁人类生命安全，而且会带来许多次生灾难，尤其是台风、飓风等灾难所带来的大量降雨，会导致泥石流、山体滑坡等，严重威胁了交通安全和居民生活安全；•气温升高不单会从海洋直接吸取水分，还会从陆地吸取水分，使得内陆地区大面积干旱，从而粮食减产，饲料也一定会减产。粮食和肉类食品将面临匮乏，直接威胁国家稳定。为食物而引起的恐慌和争斗，将不再是落后村落中才会发生的事；•气温升高所融化的冰山，正是我们赖以生存的淡水最主要的来源。我们的地下淡水储备都是由冰山融水组成的。在气温平衡正常时，冰山有一个冰雪循环系统，即，冰山夏天融化，流向山下，流入地下，给平原地区积累淡水，并起到一个过滤作用。冬天水分以水蒸气的形式回到山上，通过大量降雪重新积累冰雪，也是一个过滤过程。这整个的循环过程，使得我们的淡水有了稳定的平衡保障。而现在全球变暖使得冰山上的冰雪积累的速度远没有融化的速度快，甚至有些冰山已经不再积累，这就断绝了当地的饮用淡水。这将会带来因缺水而产生的冲突和战争；•气温升高使得自然界食物链逐渐断裂。 •大气中二氧化碳含量上升，会导致海洋中二氧化碳含量上升，使海洋碳酸化，这会杀死大量微生物。最底层的食物消失，将使海洋食物链从最底层开始，向上迅速断裂，并蔓延至海洋以外。由于没有了食物，将有大量海洋生物，和以海洋生物为食的其他生物死亡。海洋中大量生物死亡，将会污染海洋，加速其他生物的死亡；同时释放大量温室气体，加速全球变暖，形成恶性循环； •温度的上升，无脊椎类动物，尤其是昆虫类生物提早从冬眠中苏醒，而靠这些昆虫为生的长途迁徙动物却无法及时赶上，错过捕食的时机，从而大量死亡。昆虫们提前苏醒，因为没有了天敌，将会肆无忌惮地吃掉大片森林和庄稼。没有了森林，等于无形当中增加了二氧化碳的含量，加速全球变暖，形成恶性循环；没有了庄稼，就等于人类没有了食物； •而蜜蜂数目的大量减少，也是自然界食物链彻底崩溃的前兆。没有了蜜蜂帮助传播花粉，植物将无法繁殖。也就是说，庄稼无法繁殖，无法结果，人类将没有食物。全球人类将面临食物短缺，为争夺食物而引发的战争将越来越多，越来越近。而供我们争夺的食物，也将越来越少；•全球变暖导致陆地水分大量流失，随时会有“星星之火可以燎原”。不光是森林中的山火，城市中的火灾也将会非常频繁。大火无情，我们的家将24小时处于危险当中。我说24小时，就是说即使在夜间也会有发生火灾的可能。•全球变暖所能确定的并公开的最大威胁，是冰河时代的突然降临。对这一结果不了解的朋友，可以去看一下《后天》这部电影，其内容就是讲述冰河时代降临的恐怖。但这部片子只做成了灾难片，而几乎没有起到多大教育意义。我都只有在看第二遍时才察觉到在电影开头时，讲到了全球变暖和冰河时代的关系。跛脚的美国灾难片；全球变暖所带来的最恐怖的结果，也是未确定（？）未公开的结果，那就是，由于全球变暖所带来的海啸等海洋性灾难次数越来越频繁，规模越来越大，所带来的次生灾难也越来越多，规模越来越大。当海洋性灾难达到一个最高点时，也就是量变产生质变的那一点时，部分地壳被海洋所撼动，造成地震，而部分地壳附近的火山被引发，连锁反应，来带更大的地震，从而产生更大规模的火山爆发。火山爆发所产生的数万吨上千摄式度的火山灰，所到之处，便是火海，即使没有点燃的，也被压扁。世界上近八成的人口将在这次火山爆发中消失。待火山平静下来，大量冷却的火山灰掩盖天空，将有至少长达两年之久的黑暗生活笼罩整个世界。没有阳光就没有植物，也就没有粮食。坚持到最后的，恐怕只有老鼠和小强。大家对全球变暖所带来的这一类的后果有什么样的感受？和之前我们经常听到见到提到的有什么不同？一个是别人抱炸弹，一个是自己抱炸弹。相信大家和我的感受会很相似。大家都是热爱生活的人，都是充满爱心的人，都是肯为环保事业奉贤自己力量的可爱的人。但我们只是在宣传环保时，忘却了一点，那就是对方的感受。如果我们可以对对方的心理进行推敲，拿捏，在了解了对方后，再通过恰当的方式进行宣传，宣传效果岂不会更加理想？对症下药，这是无论在哪里都适用的完用理论。我相信，如果我们能将全球变暖所带来的更震撼人心的影响，告诉周围人的话，那么，大家必定会重新审视环保的重要性，并发自内心地为自己、为家人、为朋友、为地球奉贤出一份力量！大气中二氧化碳含量增加会产生哪些影响过多吸收二氧化碳，水稻、小麦产量显著提高，营养成份下降。这一结论是中科院南京土壤研究所与日本同行合作，历时4年开展的自由空气条件下的升高二氧化碳浓度控制技术的研究，最近获得的。
二氧化碳作为最主要的温室气体之一，随着人类活动的加剧而大量排放，造成全球变暖等气候环境变化，已是万夫所指。但它又是植物最好的养料。过多地吸收二氧化碳，对农作物将产生怎样的影响？是祸是福？南京土壤所的研究成果，解答了科学家和公众关心的问题。
二氧化碳浓度逐年升高
有资料显示，全球大气二氧化碳浓度已从工业革命前的280ppmv升高到现在的370pp�mv，且仍然以0．5％／年的速度递增。预计到2050年前后，将达到450—550ppmv之间。
众所周知，植物的光合作用与动物呼吸正好相反，它们吸入二氧化碳，排出氧气，随着全球二氧化碳的排放量不断增加，这些植物好比是人类进入高压氧舱，它们的生理、生化过程及其生态系统必将发生一系列的变化。
产量显著提高
通过4年的研究，南京土壤研究所的研究人员发现，由于实验田内的二氧化碳浓度显著提高，就好比为农作物施加了气体肥料。水稻、小麦产量比对照田块分别高出约10％—14％和12％—20％，生长周期也短了6—9天。在稻麦将要成熟的季节，大片的良田还是郁郁葱葱时，试验田内的水稻、小麦却已经泛黄了。
同时，稻米的外观、口感等品质也发生了明显的变化。稻谷的整精米率极显著降低、垩白粒率和垩白度极显著提高，使稻米糊化温度极显著提高。通俗地讲，就是稻米看起来更白了，吃起来更黏了。
粮食营养成分下降
产量提高的同时，粮食里的营养成分却下降了。如人体所需的蛋白质、氨基酸及微量元素铁、锌等这些营养成分含量明显下降。按目前观测的数据进行推测，到2050年前后，粮食中的蛋白质含量会降低10％。根据这种趋势，科学界提出了“隐性饥饿”的说法，也就是说虽然每顿饭你都吃饱了，但实际摄入的养分不足，甚至还没到下一次用餐时间却又饿了。虽然这种说法还有待进一步证实。
项目首席科学家、南京土壤研究所朱建国研究员说，我国是水稻生产大国，产量居世界第一。预计从2030年起我国将处于人口高峰期。因此水稻产量的高低是关系到国计民生的大事。而大气二氧化碳浓度增加引起的农田生态系统一系列的变化，将涉及到我国粮食安全保障、化肥和农药等重要方面。

关键词是从论文的题名、提要和 正文中选取出来的，是对表述论文的中心内容有实质意义的词汇。关键词是用作计算机系统标引论文内容特征的词语，便于信息系统汇集，以供读者检索。每篇论文一般选取3-8个词汇作为关键词，另起一行，排在“提要”的左下方。 主题词是经过规范化的词，在确定主题词时，要对论文进行主题分析，依照标引和组配规则转换成主题词表中的规范词语。（参见《 汉语主题词表》和《世界汉语主题词表》）。论文正文（1） 引言：引言又称前言、序言和导言，用在论文的开头。引言一般要概括地写出作者意图，说明选题的目的和意义, 并指出论文写作的范围。引言要短小精悍、紧扣主题。〈2）论文正文：正文是论文的主体，正文应包括论点、论据、论证过程和结论。主体部分包括以下内容：a.提出问题- 论点； b.分析问题-论据和论证；c.解决问题-论证方法与步骤；d. 结论。参考文献一篇论文的参考文献是将论文在研究和写作中可参考或引证的主要文献资料，列于论文的末尾。参考文献应另起一页，标注方式按《GB7714-87文后参考文献著录规则》进行。论文装订论文的有关部分全部抄清完了，经过检查，再没有什么问题，把它装成册，再加上封面。论文的封面要朴素大方，要写出论文的题目、学校、科系、指导教师姓名、作者姓名、完成年月日。论文的题目的作者姓名一定要写在表皮上，不要写里面的补页上。2要求编辑题名1．题名规范 题名应简明、具体、确切，能概括论文的特定内容，有助于选定关键词，符合编制题录、索引和检索的有关原则。2．命题方式 3． 撰写 英文题名的注意事项 ①英文题名以短语为主要形式，尤以名词短语最常见，即题名基本上由一个或几个名词加上其前置和（或）后置定语构成；短语型题名要确定好中心词，再进行前后修饰。各个词的顺序很重要，词序不当，会导致表达不准。②一般不要用陈述句，因为题名主要起标示作用，而陈述句容易使题名具有判断式的语义，且不够精炼和醒目。少数情况（评述性、综述性和驳斥性）下可以用疑问句做题名，因为疑问句有探讨性语气，易引起读者兴趣。③同一篇论文的英文题名与中文题名内容上应一致，但不等于说词语要一一对应。在许多情况下，个别非实质性的词可以省略或变动。④国外科技期刊一般对题名字数有所限制，有的规定题名不超过2行，每行不超过42个印刷符号和空格；有的要求题名不超过14个词。这些规定可供我们参考 。 ⑤在论文的英文题名中。凡可用可不用的冠词均不用。作者1．作者署名的规范作者署名置于题名下方，团体作者的执笔人，也可标注于篇首页地脚位置。有时，作者姓名亦可标注于正文末尾。示例：王军1，张红2，刘力1（1．××师范大学物理系，北京 100875 2．××教育学院物理系，北京100011）翻译作者及其单位名称的注意 [事项 ①]翻译单位名称不要采取缩写，要由小到大写全，并附地址和邮政编码，确保联系方便。 ②翻译单位名称要采用该单位统一的译法。③作者姓名按汉语拼音拼写，采用姓前名后，中间为空格，姓氏的全部字母均大字，复姓连写；名字的首字母大字，双名中间加连字符，姓氏与名均不缩写。例如： LI Hua（李华），ZHANG Xi-he（张锡和），ZHUGE Ying（诸葛颖）关键词1．关键词规范 关键词是反映论文主题概念的词或词组，通常以与正文不同的字体字号编排在摘要下方。一般每篇可选3~8个，多个关键词之间用分号分隔，按词条的外延（概念范围）层次从大到小排列。关键词一般是名词性的词或词组，个别情况下也有动词性的词或词组。应标注与中文关键词对应的英文关键词。编排上中文在前，外文在后。中文关键词前以“关键词：”或“[关键词]”作为标识；英文关键词前以“Key words：”作为标识。 关键词应尽量从国家标准《汉语主题词表》中选用；未被词表收录的新学科、新技术中的重要术语和地区、人物、文献等名称，也可作为关键词标注。关键词应采用能覆盖论文主要内容的通用技术词条。2．选择关键词的方法 关键词的一般选择方法是：由作者在完成论文写作后，从其题名、层次标题和正文（出现频率较高且比较关键的词）中选出来。正文1．正文规范 为了做到层次分明、脉络清晰，常常将正文部分分成几个大的段落。这些段落即所谓逻辑段，一个逻辑段可包含几个小逻辑段，一个小逻辑段可包含一个或几个自然段，使正文形成若干层次。论文的层次不宜过多，一般不超过五级。 1．参考文献的规范及其作用 为了反映文章的科学依据、作者尊重他人研究成果的严肃态度以及向读者提供有关信息的出处，正文之后一般应列出参考文献表。引文应以原始文献和第一手资料为原则。所有引用别人的观点或文字，无论曾否发表，无论是纸质或电子版，都必须注明出处或加以注释。凡转引文献资料，应如实说明。对已有学术成果的介绍、评论、引用和注释，应力求客观、公允、准确。伪注、伪造、篡改文献和数据等，均属学术不端行为。致谢一项科研成果或技术创新，往往不是独自一人可以完成的，还需要各方面的人力，财力，物力的支持和帮助。因此，在许多论文的末尾都列有"致谢"。主要对论文完成期间得到的帮助表示感谢，这是学术界谦逊和有礼貌的一种表现。