在全球气候变化日益严重的背景下，二氧化碳（CO2）作为主要温室气体的减少与转化问题成为了科学研究

的重要方向。二氧化碳还原反应（CO2RR）作为一种将CO2转化为有价值化学品的过程，不仅能够减轻温室气体

的排放，还具有潜在的经济价值。近年来，旋转圆盘电极（RDE）装置因其在电化学研究中的高效能与准确性，

受到了广泛关注。

　　旋转圆盘电极的设计与优化

　　为了提高RDE在CO2RR中的效率，研究者们进行了多方面的设计与优化。首先是电极材料的选择与改进。传统

的铂电极虽有良好的反应性，但由于其相对昂贵，许多研究者开始探索其它替代材料，例如铜、镍及其合金。铜电极

在CO2RR中表现出较好的选择性，能够选择性地还原为甲醇、乙烯等有价值的化学产品。

　　电极的结构设计也是提高反应效率的重要因素。一些研究者采用了纳米科技，对电极进行表面修饰，增加其比表

面积，增强对反应物的吸附能力，从而提升反应速率。例如，制备表面有微孔或纳米结构的电极，能够在较低的电压

下实现更高的还原效率。

　　RDE的旋转速度也会影响CO2的还原过程。通过优化旋转速度，研究者能够找到最佳的质量传输条件，以提高反

应物分子的传输速率和电极表面的反应速率。多项研究结果表明，适当的旋转速率不仅可以增强化学反应速率，还可

以提高反应的选择性。

　　二氧化碳还原反应(CO₂RR)之机理总结

　　虽然氢气（H2）是最佳的储能分子载体，但将二氧化碳（CO2）和水（H2O）转化为碳基燃料（例如CO、HCO

OH和CH3CH2OH）的科学研究在最近一二十年来一直吸引着人们的兴趣。基于催化过程的二氧化碳还原反应(CO2RR)

最常见的包括电催化和光催化两大类别，具体的反应机制如下：

　　(1)电催化CO2RR机制

　　对于电催化将CO2还原为甲酸(HCOOH)和/或乙醇(CH3CH2OH)液体燃料，其选择性(往往伴随着CO、CH4和C2H4

气体产物)和法拉第效率(可能伴随着严重的析氢竞争反应)仍难以满足实际生产要求(图1左)。与结晶材料相比，非晶材料通

常含有大量的低配位原子，因此存在大量的缺陷，进而产生更多的催化活性位点来提高电化学性能。例如，非晶态Cu催化

剂(a-Cu)具有较大的电化学活性面积和较强的CO2吸附能力，利用非晶态原子结构可促进CO2RR生成具有较高利用价值的

C1和C2液体燃料(图1右)[1]。

　　图1电催化CO2RR过程示意图和可能的产物。

　　电催化CO2RR制备多碳(C2+)液体燃料(例如乙醇(CH3CH2OH))具有挑战性，主要受限于反应中间体的稳定性及其后续

C-C偶联。最近，Hu等报道了一种独特的非晶态金属铜催化剂，即具有不饱和配位Cu位点的非晶CuTi合金(a-CuTi@Cu)，

可用于电催化CO2还原生产多碳(C2~4)液体燃料[1]。理论计算和原位表征表明，非晶CuTi合金中亚表面Ti原子增加了表面

Cu位点的电子密度，增强了CO*的吸附，从而降低了CO*二聚或多聚所需的能垒。这种高效的电催化C-C偶联促进了多碳液

体燃料的生产，包括乙醇、丙酮和正丁醇，总C2~4-法拉第效率为49%。非晶态Cu基合金催化剂在CO2RR回收高附加值C2

+液体燃料和化学品方面具有良好的应用前景。

　　(2)光催化CO2RR机制

　　本文总结了光催化CO2转化制备C1和C2产物的可能反应机制，讨论了反应过程中关于表面物种吸附-脱附及质子-电子转

移的理论与实验的证据，指出了该领域面临的挑战，包括机理理解、反应器设计、经济效益，并提出了潜在的解决方案(图2)。

　　图2光催化CO2RR过程示意图和可能的产物。

　　在早期的综述中，Habisreutinger等人总结了从CO2在TiO2上形成五种C1（CO、HCOOH、CH2O、CH3OH、CH4）和

一些C2产物的三种可能机制，即甲醛途径（Formaldehydepathyway）、卡宾途径（Carbenepathway）和乙二醛途径

（Glyoxalpathway）。本文从文献中总结出了第四种路径，即甲酰路径（Formylpathway）。这些不同的可能性始于CO2在

催化剂表面的不同结合模式，包括氧配位、碳配位和侧向/混合配位。在此基础上，本文提出了一个全面的路径描述。途径是

由以下反应是否通过电子转移、质子转移（有时是羟基转移）或协同电子-质子转移发生来指示的。一个途径中的中间分子可

能是另一个途径的最终产物，如果它在进一步的步骤发生之前从催化剂的表面脱附。本文以不同得电子数的产物为顺序，逐

一分析总结了上述途径的特点和过程机理。