【NCM综述】中科院山西煤化所王聪伟/郭全贵/王俊英：石墨烯基二氧化碳还原电催化材料研究进展

研究背景

人类社会的进步和工业经济的发展使得大气中CO₂浓度急剧增加，这导致了环境和气候诸多领域的严重问题，例如海洋酸化和海平面上升。而CO₂作为一种廉价易得的碳资源，通过生物化学、光催化和电催化等方法，将其转化为燃料或高附加值化学品具有广阔的应用前景。采用传统的技术路线来实现CO₂利用，通常需高温、高压等苛刻条件，这意味着在安全、高效和节能环保等方面存在很多问题。电催化CO₂还原反应（CO₂RR）由于其条件温和、过程可控、能耗少且易于规模化推广使用，被视为解决上述问题的重要方法。与此同时，可再生能源近几年来迅速发展。从资源利用和能源发展的战略角度来看，利用低级别的可再生电能将CO₂高效地转化成为高附加值化学品或燃料，不仅可以“变废为宝”、减少CO₂排放，同时可以减轻人类对化石燃料的依赖，实现能源从“化石燃料经济”过渡到可持续的“二氧化碳经济”，从而实现高效的清洁能源利用。

工作简介

本综述论文先回顾了电化学CO₂还原的基础理论、关键的评价指标，以及催化反应的基本原理和具体过程。在此基础上，对石墨烯进行了简要概述，并详细阐述了基于石墨烯的催化剂制备方法和工艺。根据催化活性位点的不同，系统性地梳理了近年来石墨烯基催化剂的研究动态，并据此将催化剂分为两大类：一类是不含金属的石墨烯基电催化剂，另一类则是负载了金属的石墨烯基电催化剂。在无金属石墨烯基电催化剂部分，详细介绍了石墨烯量子点电催化剂、以及经掺杂处理的石墨烯电催化剂；而在负载金属石墨烯基电催化剂部分，则分别介绍了负载单原子、金属、合金、氧化物、硫化物，以及其他类型化合物的石墨烯基电催化剂。文章的最后部分，对CO2电还原技术的未来发展方向进行了探讨与预测，为开发更高效的石墨烯基二氧化碳还原电催化剂提供了理论指导和实践参考。

文章信息

WU Ze-lin, WANG Cong-wei, ZHANG Xiao-xiang, GUO Quan-gui, WANG Jun-ying. Graphene-based CO₂ reduction electrocatalysts: A review. New Carbon Mater., 2024, 39(1): 100-130.

武泽林, 王聪伟, 张晓祥, 郭全贵, 王俊英. 石墨烯基二氧化碳还原电催化材料研究进展. 新型炭材料（中英文）, 2024, 39(1): 100-130.

通讯作者简介

王聪伟

中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员，硕士生导师，中国科学院青年创新促进会会员。2014年于伦敦大学获博士学位，研究方向包括石墨烯电化学、能源催化材料和石墨烯热管理。发表研究论文40余篇，申请专利8项。主持国家自然科学基金、山西自然科学基金、粉末国家重点实验室开放课题等10余项。

郭全贵

中国科学院山西煤炭化学研究所研究员、博士生导师。兼任中国电工技术学会碳－石墨材料专业委员会委员、山西省化学会理事、《新型炭材料（中英文）》《炭素》《宇航材料工艺》等杂志编委。承担着 “863”项目、国家大科学工程配套研制、国防军工等多项研究项目， 发表研究论文100余篇，申请专利50余项。

王俊英

中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员，硕士生导师，课题组组长。主要从事石墨烯功能材料，石墨烯的批量化制备与应用基础研究。以第一作者或通讯作者在Energy Storage Materials, Angewandte Chemie-international Edition, Journal of Materials Chemistry A等期刊发表SCI论文30余篇，授权发明专利10余项，成果转化1项。获2021年度中国青年女科学家奖中国科协提名。