电化学还原CO2（ECR-CO2）由于其温和的反应条件，近年来受到研究界广泛关注。特别是电化学还原过程可以直接利用季节性、地理和间歇性能源（潮汐、风能、太阳能等），从而达到可持续发展。通过电化学还原，CO2可以被转化为具有高能量密度的有机分子，例如一氧化碳（CO）、甲酸（HCOOH）等高附加值的能源燃料和有用化学品。作为其中典型C1产品，HCOOH可被广泛用于皮革中的中和剂以及农药等领域。同时HCOOH具有高能量密度，还可以作为燃料用于燃料电池。CO是合成气的重要组成部分，可产生合成石油和烃类燃料。然而高过电位和高的热力学屏障以及低的能量效率成为当前电化学还原CO2反应的瓶颈。制约CO2电还原的主要挑战是开发用于该反应的高选择性催化剂。特别是需要在低过电势下还原CO2，有效且连续地生成所需产物而又不形成有害副产物的催化剂。目前，Sn、Pb、In、Bi等金属催化剂能产生很高的HCOOH法拉第效率；Au、Ag、Zn和Pt电极则主要电化学还原CO2为CO。其中，Cu基催化剂由于对CO2还原显示出很高的活性，并可产生高附加值的碳基化合物而被广泛研究，而具有大比表面积和亲水表面性质的细菌纤维素（BC）被认为是用于沉积催化活性材料的良好的潜在多孔基质。
　　本文利用原位化学还原法制备了基于BC自支撑的、高度分散的Cu和CuO纳米复合材料的催化剂电极（CuO/Cu@BC），用于电化学还原CO2高效转化为CO。通过采用XRD、XPS、SEM和TEM等方法对催化剂的组成、结构和形貌进行了表征，并运用循环伏安法（CV）、线性扫描法（LSV）、计时安培法（i-t）以及离子色谱和气相色谱等分析CuO/Cu@BC电极的CO2电化学还原性能。通过改变反应物即硼氢化钠和硫酸铜的比例，成功制备了粒径为50-70nm的3D球形结构的CuO/Cu@BC电极（CuO/Cu4∶3@BC）。为了探究BC作为载体的独特性，将制备的CuO/Cu@BC电极与常规的碳纸负载的CuO/Cu复合催化剂（CuO/Cu@GDE）进行对比研究。同时探究了制备条件（BC膜的浸渍时间、铜离子的浓度、乙醇的比例以及稳定剂）对CuO/Cu@BC电极对电化学还原CO2的选择性影响。以下是本文的研究内容与结论：
　　（1）采用原位化学还原法，将具有3D网状结构的细菌纤维素膜（BC）作为催化剂载体，成功制备了负载Cu和CuO纳米复合材料的催化剂电极（CuO/Cu@BC），通过改变反应物硫酸铜与硼氢化钠的比例以及与碳纸作为载体负载CuO/Cu复合催化剂的电化学性能进行比较。结果表明：当硫酸铜与硼氢化钠的物质的量比为4∶3时，所制备的CuO/Cu4∶3@BC电极由50-70nm的球形结构均匀负载在BC膜上构成，同时表现出最佳的电化学性能。与常规的碳纸负载的CuO/Cu复合催化剂电极相比，CuO/Cu4∶3@BC电极具有优异的电荷传输性能和更高的CO2还原电流密度。这是因为BC基质的网状多孔结构具有更多的活性位点。因此，结构上排列紧密的CuO/Cu4∶3@BC电极具有良好的离子和电荷传输的独特结构优势，促进了将CO2转化为CO的催化动力学。在-0.6V vs.RHE时，CO的法拉第效率为53%，并且在40小时内具有持久活性。
　　（2）采用原位化学还原法，将具有3D网状结构的细菌纤维素膜（BC）作为催化剂的载体，通过改变BC膜的浸渍时间以及铜离子的浓度制备了不同的负载Cu和CuO纳米复合材料的催化剂电极（CuO/Cu4∶3-24h@BC、CuO/Cu4∶3-16h@BC、CuO/Cu4∶3-8h@BC、CuO/Cu4∶3@BC（0.1M Cu2+）、CuO/Cu4∶3@BC（0.2M Cu2+）、CuO/Cu4∶3@BC（0.4M Cu2+）、CuO/Cu4∶3@BC（0.6M Cu2+）电极）。结果表明：当BC膜浸渍时间为24h时，催化剂电极对于CO2还原表现出较好的电子传输性能和更高的电流密度，且产生CO的法拉第效率最高。当铜离子浓度从0.1M、0.2M、0.4M增大至0.6M时，催化剂电极的电流密度先增大后减小。同时，界面电荷转移电阻以及电化学比表面积也呈现同样变化趋势，其中CuO/Cu4∶3@BC（0.4M Cu2+）电极对CO2还原表现出最佳的催化活性，生成CO的法拉第效率最大。
　　（3）采用原位化学还原法，将具有3D网状结构的细菌纤维素膜（BC）作为催化剂的载体，通过改变稳定剂（乙醇、柠檬酸、维生素C）以及乙醇的比例（70%乙醇、80%乙醇、90%乙醇）等条件制备了不同CuO/Cu4∶3-24h@BC电极。结果表明：乙醇添加对所制备电极的电化学性能具有重要影响。随着乙醇比例的不断增加，所制备电极的电解电流密度逐渐减小，电化学比表面积也逐渐减小，而界面电荷转移阻力逐渐增大。因此，70%乙醇添加制备的CuO/Cu4∶3-24h@BC电极的催化活性最好。