本书联系当前全球面临的能源与环境两大热点问题，结合作
者参与的二氧化碳还原课题组近年相关的科研工作和相关文献，
阐述了催化材料在二氧化碳还原技术中的应用与发展，系统而详
细的介绍了电化学的基础理论，实验操作，电化学测试，尤其侧
重于创新型催化剂的研发，包括单原子催化剂，纳米团簇催化剂
等新型催化剂的使用策略，从而提高二氧化碳还原的效率，减少
催化剂在还原过程中产生的二次污染，为实现双碳目标以及全球
碳减排贡献力量。本书内容翔实，可供从事电化学、电催化、表
面科学等领域的研究人员及高等院校相关专业学生参考使用。
1 气候变化带来的影响……………………………………………1
1.1 全球气候变化…………………………………………………1
1.2 二氧化碳排放情况的影响……………………………………4
1.3 C02 在气候变化中的作用……………………………………6
1.4 降碳必要性与方法……………………………………………7
2 电催化二氧化碳还原概述……………………………………15
2.1 CO2 电催化还原实验的意义及其对气候变化的影响………15
2.2 实验的挑战与前景…………………………………………15
2.3 电化学还原二氧化碳的必要性……………………………16
2.4 电催化二氧化碳还原的原理方法与应用…………………19
3 电化学的基本概念与原理……………………………………22
3.1 基础概念……………………………………………………22
3.2 电解池种类及其原理………………………………………27
3.3 电化学热力学在电化学反应中的应用……………………34
3.4 电化学动力学在电化学反应中的应用……………………37
4 电催化二氧化碳还原反应机理和反应路径分析……………39
4.1 还原反应机理………………………………………………39
4.2 电催化二氧化碳中的热力学………………………………41
4.3 电催化二氧化碳中的动力学………………………………43
4.4 电催化二氧化碳反应中间产物……………………………45
4.5 催化剂表面结构的影响……………………………………50
6
4.6 电流和电压的影响…………………………………………52
5 电催化二氧化碳还原中的催化剂…………………………54
5.1 催化剂的种类和特性………………………………………54
5.2 催化剂的性能………………………………………………57
5.3 金属催化剂的还原作用……………………………………61
5.4 催化剂前沿研究……………………………………………67
6 电化学测试方法………………………………………………88
6.1 基本测试方法………………………………………………88
6.2 循环伏安法在电催化二氧化碳中的应用…………………90
6.3 线性扫描伏安法……………………………………………99
6.4 交流阻抗法…………………………………………………106
7 材料制备技术………………………………………………112
7.1 静电仿丝……………………………………………………112
7.2 热解技术……………………………………………………114
8 结语…………………………………………………………124
1.1 全球气候变化…………………………………………………1
1.2 二氧化碳排放情况的影响……………………………………4
1.3 C02 在气候变化中的作用……………………………………6
1.4 降碳必要性与方法……………………………………………7
2 电催化二氧化碳还原概述……………………………………15
2.1 CO2 电催化还原实验的意义及其对气候变化的影响………15
2.2 实验的挑战与前景…………………………………………15
2.3 电化学还原二氧化碳的必要性……………………………16
2.4 电催化二氧化碳还原的原理方法与应用…………………19
3 电化学的基本概念与原理……………………………………22
3.1 基础概念……………………………………………………22
3.2 电解池种类及其原理………………………………………27
3.3 电化学热力学在电化学反应中的应用……………………34
3.4 电化学动力学在电化学反应中的应用……………………37
4 电催化二氧化碳还原反应机理和反应路径分析……………39
4.1 还原反应机理………………………………………………39
4.2 电催化二氧化碳中的热力学………………………………41
4.3 电催化二氧化碳中的动力学………………………………43
4.4 电催化二氧化碳反应中间产物……………………………45
4.5 催化剂表面结构的影响……………………………………50
6
4.6 电流和电压的影响…………………………………………52
5 电催化二氧化碳还原中的催化剂…………………………54
5.1 催化剂的种类和特性………………………………………54
5.2 催化剂的性能………………………………………………57
5.3 金属催化剂的还原作用……………………………………61
5.4 催化剂前沿研究……………………………………………67
6 电化学测试方法………………………………………………88
6.1 基本测试方法………………………………………………88
6.2 循环伏安法在电催化二氧化碳中的应用…………………90
6.3 线性扫描伏安法……………………………………………99
6.4 交流阻抗法…………………………………………………106
7 材料制备技术………………………………………………112
7.1 静电仿丝……………………………………………………112
7.2 热解技术……………………………………………………114
8 结语…………………………………………………………124
顾宇涵，女，2006 年 3 月出生于广东深圳，现就读于深圳
市高级中学。顾宇涵从小对环境保护与资源的可回收利用有浓厚
的兴趣，2018 年亲历超强台风山竹对环境的毁灭性破坏，守护
绿色家园应对极端气候成为人生座右铭。初中阶段曾通过自己种
植牛油果研究对环境的影响，其发表的《关于牛油果种植对环境
影响》论文被国际三大科技文献检索数据库 CPCI 收录。高中就
读期间，多次参加理科国际学科竞赛获奖，十年级时凭借过硬的
学术能力和高昂的学术热情得以加入高校博士科研项目课题组，
研究电催化二氧化碳还原，创造性提出纳米团簇催化剂建议，大
幅提高二氧化碳还原效率，有关成果发表在国际著名学术刊物。
科研之余还积极投身社会实践，于新能源公司实习期间，作为核
心设计人员，完成的万科光伏示范项目获邀参展埃及第 27 届联
合国气候大会，未来立志于低碳环保领域拓展研究，为人类的可
持续发展贡献个人力量。