1. 选题背景及意义 随着社会的飞速发展，带来了工业生产过程中 CO2 越来越大的排放量的问题. CO2 作为温室效应的主要气体，如果不对其含量进行控制，将会给人类带来严重的后果. 因此，将 CO2 转变为无害，或者有用的物质显得十分重要；同时，这也是一项极具挑战和造福后人的伟大任务. 通过几十多年的摸索，科研人员已经发展了多种实现 CO2转换的方法，具体包括：化学法、光催化法和电催化法等等. 然而，在实际进行 CO2转换的过程中，却面临着捕获、分离、净化成本高的问题.怎样提高 CO2转换效率，减少 CO2 的转换成本以及将 CO2 转化成有实际价值的低碳链化合物，成为科研人员几十年来奋斗的目标. 2. 电催化金属材料分类 近年来，随着电化学研究的深入，CO2 的电催化转化利用受到了很多的关注. 众多种催化剂中，金属催化剂具有空轨道和活跃d电子，具备对 CO2 较强的吸附和脱附能力1. 因此，金属催化剂在CO2电化学还原中被研究者们广泛研究. 上世纪 80年代，用于CO2还原的电催化的材料研究主要在 Zn、Cu、Pb 等金属，其还原产物多为 HCOOH. 80年代中期，Frese等人2发现 Sn、Ni、Ru 等多种金属作为电极材料时也能催化还原 CO2. 随后，Hori 等人3根据反应产物的不同，将用作 CO2 还原的电催化金属材料分为以下几种： （1）主要产物为 HCOOH的金属材料为Sn、Hg、Pb 和 Bi 等. (2)主要产物为CO的金属材料为Zn、Ga、Ag 和 Au 等.（3）产物为烃类的金属材料为Cu.(4)通常具有较低的析氢电位的金属如Fe、Ni、Ti、Pt 等，对 CO 的吸附能力较强，主要发生析氢反应，主要产物为 H2.4 2.1 Sn、Hg 锡金属电极被报道在水溶液中对CO2电还原反应最活跃，产生HCOO-。

但是在非水电解质中，以CO为主，含有少量的甲酸、草酸和乙二醛酸5。

早期的研究表明，Sn金属工作电极在无机盐水溶液中可以催化CO2的电化学还原并完全生成HCOOH，电流效率高达95%6。

但是在还原反应过程中，电极表面形成了有机金属配合物，加速了氢的析出速度，导致反应效率降低7。

在0.1 M KHCO3水溶液中，CO2在Zn、Hg和Cd的电化学还原被发现HCOOH和CO2形成是可选择性的，而HCOOH似乎是Hg阴极上唯一的产物。

在金属锌、镉和汞电极上，HCOOH的法拉第效率分别为20%、39%和94%，CO的法拉第效率分别为39.6%、14.4%和检测不到7。

2.2 Au、Ag Ag和Au电极，当使用合适的电解质时，Ag和Au电极对CO2的电还原也表现出相当大的催化活性。

在25℃0.1 MKHCO3水溶液中，电解法生产CO的法拉第效率在Ag（99.98%）和Au（99.95%）分别为64.7%和81.5%8。

由此可知，大气压对金表面的几何结构和表面积有影响，导致co2在KCl和KHCO3溶液中都有不同的还原电位9。

2.3 Cu Norskov10等人结合DFT计算，对过渡金属电极上的CO2电化学还原进行了系统的分析，证实了当烃类为还原产物时，所有过渡金属中性能最优异的是多晶 Cu. 同时，Cu有廉价便利、绿色环保的优点，不仅能获得短链碳化合物 CO、CH4、HCOOH、醇类还原产物（如 CH3OH、C2H5OH、C3H8OH）等，还能获得醛类和酸类等物质11. 如今人们对于烃类化合物的需求量越来越大，而基于 Cu 基催化剂在 CO2 电化学转化过程中表现出优异的选择性和较高的法拉第效率（一般大于 50%），引来了越来越多的研究人员进行 Cu 基材料的相关研究12. 2.4 Fe、Ni 一般情况下，CO2在水溶液中在8-10族金属（如Fe Ni等）电极上进行电化学还原，产物一般是H2 CO或其他烃。