注册 English

电催化二氧化碳还原转化制乙烯

张玉才 ,  蒋俊

downloadPDF
引用本文: 张玉才, 蒋俊. 电催化二氧化碳还原转化制乙烯[J]. 大学化学, 2026, 41(2): 190-196. doi: 10.12461/PKU.DXHX202503006 shu
Citation:  Yucai Zhang,  Jun Jiang. Electrochemical Carbon Dioxide Reduction to Ethylene[J]. University Chemistry, 2026, 41(2): 190-196. doi: 10.12461/PKU.DXHX202503006 shu

电催化二氧化碳还原转化制乙烯

  • 1.

    合肥微尺度物质科学国家研究中心(中国科学技术大学), 合肥 230026;

  • 2.

    中国科学技术大学化学与材料科学学院, 合肥 230026;

  • 3.

    化学国家级实验教学示范中心(中国科学技术大学), 合肥 230026

    • 通讯作者: 蒋俊,E-mail:jiang123@ustc.edu.cn
  • 基金项目:

    中国科学技术大学本科质量工程项目(2024xjyxm026)；安徽省省级质量工程项目(2022jyxm1810)

摘要: “温室效应”的日益加剧，使得二氧化碳(CO2)的资源化利用迫在眉睫。相较于其他方法，使用可再生电能驱动二氧化碳还原为高附加值碳基燃料，具有条件温和、绿色高效等优势。本文聚焦于二氧化碳还原产物中市场规模最大的乙烯产物，简要介绍了电驱动二氧化碳转化制乙烯的反应机制、催化剂设计策略与四种典型的反应器件；概况了现阶段发展现状及其存在的科学与技术问题，并对其工业化应用前景进行了展望。

English

    1. [1]

      International Energy Agency, CO2 emissions in 2023. [2025-04-01]. https://www.iea.org/reports/co2-emissions-in-2023International Energy Agency, CO2 emissions in 2023. [2025-04-01]. https://www.iea.org/reports/co2-emissions-in-2023

    2. [2]

      国务院新闻办公室, 中国应对气候变化的政策与行动. [2025-04-01]. https://www.gov.cn/zhengce/2021-10/27/content_5646697.htm

    3. [3]

      林莉, 何潇洋, 谢顺吉, 王野. 催化学报, 2023, 53 (10), 1.

    4. [4]

      潘世光, 韦依, 梁晓宇, 李磊. 化学反应工程与工艺, 2024, 40 (6), 540.

    5. [5]

      杨刚, 汪晨曦, 罗春林, 郭泽宇, 刘敏, 张洪雷, 徐梦侠, 吴韬. 能源环境保护, 2024, 38 (3), 13.

    6. [6]

      Han, Y.; An, S.; Zhan, X.; Hao, L.; Xu, L.; Hong, S.; Park, D.; Chen, Y.; Xu, Y.; Zhao, J.; et al. CCS Chem. 2024, 6, 1477.Han, Y.; An, S.; Zhan, X.; Hao, L.; Xu, L.; Hong, S.; Park, D.; Chen, Y.; Xu, Y.; Zhao, J.; et al. CCS Chem. 2024, 6, 1477.

    7. [7]

      Cao, H. H.; He, Z. H.; Guo, P. P.; Tian, Y.; Wang, X.; Wang, K.; Wang, W.; Wang, H.; Yang, Y.; Liu, Z. T. ChemCatChem. 2025, 17, e202401133.Cao, H. H.; He, Z. H.; Guo, P. P.; Tian, Y.; Wang, X.; Wang, K.; Wang, W.; Wang, H.; Yang, Y.; Liu, Z. T. ChemCatChem. 2025, 17, e202401133.

    8. [8]

      He, Z. H.; Li, Z. H.; Wang, Z. Y.; Wang, K.; Sun, Y. C.; Wang, S. W.; Wang, W. T.; Yang, Y.; Liu, Z. T. Green Chem. 2021, 23, 5775.He, Z. H.; Li, Z. H.; Wang, Z. Y.; Wang, K.; Sun, Y. C.; Wang, S. W.; Wang, W. T.; Yang, Y.; Liu, Z. T. Green Chem. 2021, 23, 5775.

    9. [9]

      Yao, Z.; Cheng, H.; Xu, Y.; Zhan, X.; Hong, S.; Tan, X.; Wu, T. S.; Xiong, P.; Soo, Y.-L.; Li, M. M.-J.; et al. Nat. Commun. 2024, 15, 9881.Yao, Z.; Cheng, H.; Xu, Y.; Zhan, X.; Hong, S.; Tan, X.; Wu, T. S.; Xiong, P.; Soo, Y.-L.; Li, M. M.-J.; et al. Nat. Commun. 2024, 15, 9881.

    10. [10]

      郭清霞, 郭永乐, 田俊英. 化工科技, 2024, 32 (5), 83.

    11. [11]

      曹杰, 迟东训. 国际石油经济, 2019, 27 (12), 53.

    12. [12]

      Wang, Y.; Wang, Z.; Dinh, C.-T.; Li, J.; Ozden, A.; Golam Kibria, M.; Seifitokaldani, A.; Tan, C.-S.; Gabardo, C. M.; Luo, M.; et al. Nat. Catal. 2019, 3, 98.Wang, Y.; Wang, Z.; Dinh, C.-T.; Li, J.; Ozden, A.; Golam Kibria, M.; Seifitokaldani, A.; Tan, C.-S.; Gabardo, C. M.; Luo, M.; et al. Nat. Catal. 2019, 3, 98.

    13. [13]

      Schouten, K. J. P.; Pérez Gallent, E.; Koper, M. T. M. J. Electroanal. Chem. 2014, 716, 53.Schouten, K. J. P.; Pérez Gallent, E.; Koper, M. T. M. J. Electroanal. Chem. 2014, 716, 53.

    14. [14]

      Chang, X.; Li, J.; Xiong, H.; Zhang, H.; Xu, Y.; Xiao, H.; Lu, Q.; Xu, B. Angew.Chem. Int. Ed. 2021, 61, e202111167.Chang, X.; Li, J.; Xiong, H.; Zhang, H.; Xu, Y.; Xiao, H.; Lu, Q.; Xu, B. Angew.Chem. Int. Ed. 2021, 61, e202111167.

    15. [15]

      Li, J.; Chang, X.; Zhang, H.; Malkani, A. S.; Cheng, M. J.; Xu, B.; Lu, Q. Nat. Commun. 2021, 12, 3264.Li, J.; Chang, X.; Zhang, H.; Malkani, A. S.; Cheng, M. J.; Xu, B.; Lu, Q. Nat. Commun. 2021, 12, 3264.

    16. [16]

      Kastlunger, G.; Wang, L.; Govindarajan, N.; Heenen, H. H.; Ringe, S.; Jaramillo, T.; Hahn, C.; Chan, K. ACS. Catal. 2022, 12, 4344.Kastlunger, G.; Wang, L.; Govindarajan, N.; Heenen, H. H.; Ringe, S.; Jaramillo, T.; Hahn, C.; Chan, K. ACS. Catal. 2022, 12, 4344.

    17. [17]

      Li, J.; Chen, Y.; Yao, B.; Yang, W.; Cui, X.; Liu, H.; Dai, S.; Xi, S.; Sun, Z.; Chen, W.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 5693.Li, J.; Chen, Y.; Yao, B.; Yang, W.; Cui, X.; Liu, H.; Dai, S.; Xi, S.; Sun, Z.; Chen, W.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 5693.

    18. [18]

      Ge, W.; Chen, Y.; Fan, Y.; Zhu, Y.; Liu, H.; Song, L.; Liu, Z.; Lian, C.; Jiang, H.; Li, C. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 6613.Ge, W.; Chen, Y.; Fan, Y.; Zhu, Y.; Liu, H.; Song, L.; Liu, Z.; Lian, C.; Jiang, H.; Li, C. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 6613.

    19. [19]

      王耀刚, 韩子姗, 高嘉辰, 王新宇, 李思琪, 杨全红, 翁哲. 化工进展, 2023, 42 (8), 4043.

    20. [20]

      石永霞, 侯曼, 李俊俊, 李丽, 张志成. 物理化学学报, 2022, 38 (11), 2206020.

    21. [21]

      Yang, H.; Li, S.; Xu, Q. Chinese J. Catal. 2023, 48, 32.Yang, H.; Li, S.; Xu, Q. Chinese J. Catal. 2023, 48, 32.

    22. [22]

      Wang, Y.; Liu, J.; Zheng, G. Adv. Mater. 2021, 33, e2005798.Wang, Y.; Liu, J.; Zheng, G. Adv. Mater. 2021, 33, e2005798.

    23. [23]

      Liu, W.; Zhai, P.; Li, A.; Wei, B.; Si, K.; Wei, Y.; Wang, X.; Zhu, G.; Chen, Q.; Gu, X.; et al. Nat. Commun. 2022, 13, 1877.Liu, W.; Zhai, P.; Li, A.; Wei, B.; Si, K.; Wei, Y.; Wang, X.; Zhu, G.; Chen, Q.; Gu, X.; et al. Nat. Commun. 2022, 13, 1877.

    24. [24]

      Zi, X.; Zhou, Y.; Zhu, L.; Chen, Q.; Tan, Y.; Wang, X.; Sayed, M.; Pensa, E.; Geioushy, R. A.; Liu, K.; et al. Angew.Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202309351.Zi, X.; Zhou, Y.; Zhu, L.; Chen, Q.; Tan, Y.; Wang, X.; Sayed, M.; Pensa, E.; Geioushy, R. A.; Liu, K.; et al. Angew.Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202309351.

    25. [25]

      Choi, C.; Kwon, S.; Cheng, T.; Xu, M.; Tieu, P.; Lee, C.; Cai, J.; Lee, H. M.; Pan, X.; Duan, X.; et al. Nat. Catal. 2020, 3, 804.Choi, C.; Kwon, S.; Cheng, T.; Xu, M.; Tieu, P.; Lee, C.; Cai, J.; Lee, H. M.; Pan, X.; Duan, X.; et al. Nat. Catal. 2020, 3, 804.

    26. [26]

      She, X.; Zhai, L.; Wang, Y.; Xiong, P.; Li, M. M.-J.; Wu, T.-S.; Wong, M. C.; Guo, X.; Xu, Z.; Li, H.; et al. Nat. Energy 2024, 9, 81.She, X.; Zhai, L.; Wang, Y.; Xiong, P.; Li, M. M.-J.; Wu, T.-S.; Wong, M. C.; Guo, X.; Xu, Z.; Li, H.; et al. Nat. Energy 2024, 9, 81.

    27. [27]

      Zhang, Y. C.; Zhang, X. L.; Wu, Z. Z.; Niu, Z. Z.; Chi, L. P.; Gao, F. Y.; Yang, P. P.; Wang, Y. H.; Yu, P. C.; Duanmu, J. W.; et al. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2024, 121, 9.Zhang, Y. C.; Zhang, X. L.; Wu, Z. Z.; Niu, Z. Z.; Chi, L. P.; Gao, F. Y.; Yang, P. P.; Wang, Y. H.; Yu, P. C.; Duanmu, J. W.; et al. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2024, 121, 9.

    28. [28]

      Wu, Z. Z.; Zhang, X. L.; Niu, Z. Z.; Gao, F. Y.; Yang, P. P.; Chi, L. P.; Shi, L.; Wei, W. S.; Liu, R.; Chen, Z.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 259.Wu, Z. Z.; Zhang, X. L.; Niu, Z. Z.; Gao, F. Y.; Yang, P. P.; Chi, L. P.; Shi, L.; Wei, W. S.; Liu, R.; Chen, Z.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 259.

    29. [29]

      Zhong, M.; Tran, K.; Min, Y.; Wang, C.; Wang, Z.; Dinh, C. T.; De Luna, P.; Yu, Z.; Rasouli, A. S.; Brodersen, P.; et al. Nature 2020, 581, 178.Zhong, M.; Tran, K.; Min, Y.; Wang, C.; Wang, Z.; Dinh, C. T.; De Luna, P.; Yu, Z.; Rasouli, A. S.; Brodersen, P.; et al. Nature 2020, 581, 178.

    30. [30]

      Xia, C.; Wang, X.; He, C.; Qi, R.; Zhu, D.; Lu, R.; Li, F.-M.; Chen, Y.; Chen, S.; You, B.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 20530.Xia, C.; Wang, X.; He, C.; Qi, R.; Zhu, D.; Lu, R.; Li, F.-M.; Chen, Y.; Chen, S.; You, B.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 20530.

    31. [31]

      Chen, S.; Ye, C.; Wang, Z.; Li, P.; Jiang, W.; Zhuang, Z.; Zhu, J.; Zheng, X.; Zaman, S.; Ou, H.; et al. Angew.Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202315621.Chen, S.; Ye, C.; Wang, Z.; Li, P.; Jiang, W.; Zhuang, Z.; Zhu, J.; Zheng, X.; Zaman, S.; Ou, H.; et al. Angew.Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202315621.

    32. [32]

      Deng, T.; Jia, S.; Chen, C.; Jiao, J.; Chen, X.; Xue, C.; Xia, W.; Xing, X.; Zhu, Q.; Wu, H.; et al. Angew.Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202313796.Deng, T.; Jia, S.; Chen, C.; Jiao, J.; Chen, X.; Xue, C.; Xia, W.; Xing, X.; Zhu, Q.; Wu, H.; et al. Angew.Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202313796.

    33. [33]

      Zhou, Y.; Martín, A. J.; Dattila, F.; Xi, S.; López, N.; Pérez-Ramírez, J.; Yeo, B. S. Nat. Catalysis 2022, 5, 545.Zhou, Y.; Martín, A. J.; Dattila, F.; Xi, S.; López, N.; Pérez-Ramírez, J.; Yeo, B. S. Nat. Catalysis 2022, 5, 545.

    34. [34]

      Zhang, W.; Ai, J.; Ouyang, T.; Yu, L.; Liu, A.; Han, L.; Duan, Y.; Tian, C.; Chu, C.; Ma, Y.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 28214.Zhang, W.; Ai, J.; Ouyang, T.; Yu, L.; Liu, A.; Han, L.; Duan, Y.; Tian, C.; Chu, C.; Ma, Y.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 28214.

    35. [35]

      Xiao, Y.; Lu, J.; Chen, K.; Cao, Y.; Gong, C.; Ke, F. S. Angew.Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202404738.Xiao, Y.; Lu, J.; Chen, K.; Cao, Y.; Gong, C.; Ke, F. S. Angew.Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202404738.

    36. [36]

      He, Q.; Li, H.; Hu, Z.; Lei, L.; Wang, D.; Li, T.-T. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202407090.He, Q.; Li, H.; Hu, Z.; Lei, L.; Wang, D.; Li, T.-T. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202407090.

    37. [37]

      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.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.

    38. [38]

      Zhong, D.; Fang, Q.; Du, R.; Jin, Y.; Peng, C.; Cheng, D.; Li, T.; Zhao, T.; Zhang, S.; Zheng, Y.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202501773.Zhong, D.; Fang, Q.; Du, R.; Jin, Y.; Peng, C.; Cheng, D.; Li, T.; Zhao, T.; Zhang, S.; Zheng, Y.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202501773.

    39. [39]

      Crandall, B. S.; Ko, B. H.; Overa, S.; Cherniack, L.; Lee, A.; Minnie, I.; Jiao, F. Nat. Chem. Eng. 2024, 1, 421.Crandall, B. S.; Ko, B. H.; Overa, S.; Cherniack, L.; Lee, A.; Minnie, I.; Jiao, F. Nat. Chem. Eng. 2024, 1, 421.

    40. [40]

      Wei, P.; Gao, D.; Liu, T.; Li, H.; Sang, J.; Wang, C.; Cai, R.; Wang, G.; Bao, X. Nat. Nanotechnol. 2023, 18, 299.Wei, P.; Gao, D.; Liu, T.; Li, H.; Sang, J.; Wang, C.; Cai, R.; Wang, G.; Bao, X. Nat. Nanotechnol. 2023, 18, 299.

    41. [41]

      Wang, J.; Zhang, Y.; Bai, H.; Deng, H.; Pan, B.; Li, Y.; Wang, Y. Angew.Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202404110.Wang, J.; Zhang, Y.; Bai, H.; Deng, H.; Pan, B.; Li, Y.; Wang, Y. Angew.Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202404110.

    42. [42]

      Zheng, Q.; Yan, Y.; Zhong, J.; Yan, S.; Zou, Z. Energy Environ. Sci. 2024, 17, 748.Zheng, Q.; Yan, Y.; Zhong, J.; Yan, S.; Zou, Z. Energy Environ. Sci. 2024, 17, 748.

    43. [43]

      Shin, H.; Hansen, K. U.; Jiao, F. Nat. Sustain. 2021, 4, 911.Shin, H.; Hansen, K. U.; Jiao, F. Nat. Sustain. 2021, 4, 911.

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  78
  • HTML全文浏览量:  13
文章相关
  • 发布日期:  2025-04-01
  • 收稿日期:  2025-03-03
  • 修回日期:  2025-03-25
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net