使用清洁能源电化学还原CO2,可以将CO2转化成为具有高附加值的燃料和化学品,能够有效缓解能源短缺问题。因此,电化学还原CO2是一种新的能源储存和转化利用技术,极具研究价值和应用前景。其中,催化剂对电化学还原CO2的性能具有至关重要的作用。但是,由于CO2在水性介质电解液中溶解度低(约为30mM),造成CO2在催化剂表面吸附和活化困难,从而影响了电化学催化还原CO2活性和选择性。为解决该问题,一些方法比如加压、离子液体以及调节pH等已经被报道。但这些方法存在设备复杂、工艺繁琐、成本较高等问题。基于此,本文提出一种CO2表面吸附增强策略,设计和制备新型的CO2电催化还原催化剂。采用软模板法制备了高性能的CO2吸附/活化氧化镁(MgO)基催化剂,采用有机配体修饰催化剂材料的方式,制备了具有高选择性的铜基催化剂。具体内容如下:(1)以P123和油酸钠(SO)作为软模板,使用2,4-二羟基苯甲酸(DA)和甲醛作为碳源,Mg(NO3)2·6H2O作为镁源,通过水热和碳化过程,制备了氧化镁锚定的中空碳球(HCS)复合材料(MgO/HCS)。所制备的材料具有中空多孔且MgO在HCS上均匀分布的特点,可以实现电催化反应过程中CO2的协同吸附和活化。在电化学性能测试中,以0.5 MKHCO3为电解液,在-1.0 V相对于可逆氢电极(vs.RHE)电位下,5%MgO/HCS催化剂对产物CO的法拉第效率(FE)为81.7%,对应的局部电流(PCD)密度为16.7 mA cm-2。机理研究表明,较高的电化学还原CO2性能归因于MgO/HCS对CO2的协同吸附/活化作用。基于对催化剂活性部位CO2吸附和活化协同作用的深入研究,我们提供了一种提高电催化CO2性能的可行策略。(2)使用铜箔作为铜源,聚乙烯亚胺(PEI)作为-NH2源,通过电化学氧化-煅烧-物理浸渍步骤制备了 PEI修饰的氧化铜纳米线复合材料(PEI@CuO NW)。通过调控PEI溶液浓度,制备了不同PEI含量的PEI@CuO NW材料,并对其电化学性能进行测试。以0.5MKHCO3为电解液,1%PEI@CuO NW催化剂显示对乙烯(C2H4)产物具有最高的FE(47%),同时展现了良好的催化稳定性(-1.2 V vs.RHE电位下)。机理研究表明,PEI可以有效增加CO2在催化剂表面的亲和能力,显著提高CO在铜催化剂表面的覆盖率,有利于*CO的二聚作用选择性生成C2H4,从而提高了 C2H4产物选择性。本论文通过向催化剂结构中,引入CO2亲和力强的组分,有效提高了二氧化碳在催化剂活性位点的吸附,提高了催化剂的性能。本论文提出的表面吸附增强策略为发展高性能的电催化剂提供了可行性方案。