【导言】

温室气体CO2被以为是导致气候改变的首要原因之一。CO2中C原子处于最高氧化态，将其转化为其他化学物质不可避免耗费能量，发生额外污染。因而，怎么高效且环境友好的固定CO2是全球面对的重要挑战。传统的CO2固定办法需求接连的能量供应，这反而排放更多的CO2（根据化石燃料产能）。而且固定产品多为气、液体，对产品的传输也十分耗能。鉴于此，选用新能源储能器材将CO2转化为固体产品，是一个有出路的规划战略。这种电化学转化方法不只减少了CO2的排放，还可将CO2作为可再生能源载体。

一般以为CO2作为能量载体根据非质子充电机充电Li-CO2电池的放电反响：4 Li+ + 3 CO2 + 4 e-  2 Li2CO3 + C (Eo = 2.80 V vs Li/Li+)。然而纵观大都文章，缺少C产品构成的有力依据，该反响机理仍然存疑。此外，虽然Li2CO3的构成/分化已被证明，可是充电机充电蓄电池进程关于C的信息比较匮乏，因而充电机充电Li-CO2电池的可逆性也有待商讨。在这种情况下，亟须全面认识CO2的复原和氧化进程的反响机理，这对CO2固定技能和充电机充电Li-CO2电池的开展有重要意义。

【效果简介】

最近，日本产业技能归纳研究所的易金研究员（一起通讯作者）和南京大学教授周豪慎在Cell Press的新杂志Joule宣布题为“Li-CO2 Electrochemistry: A New Strategy for CO2 Fixation and Energy Storage”的文章，论述关于电化学技能固定CO2新的反响途径。复原进程中，Li2CO3和C是首要产品；氧化进程中，Li2CO3能彻底分化而C简直不能分化。因而，典型非质子充电机充电Li-CO2电池的实质应该是可再充电机充电蓄电池但不可逆。因为只发生Li2CO3的分化，C的丰度越来越高，这是一个高能量功率（73.3%）的CO2固定技能。此外，选用贵金属催化剂能将新发现的不可逆循环变成可逆循环，完成CO2的固定和储能的灵敏使用。

【图文导读】

1：CO2电化学复原进程的表征及示意图

(A-B) 别离是充电机充电Li-CO2电池在5 A下限容放电至10 Ah和20 Ah的放电曲线。充电机充电Li-CO2电池组成为：金电极/CO2饱满的0.5 M LiClO4-DMSO电解液/锂片。深度放电发现在1.8 V呈现一个新的放电平台。

(C-D) 别离是放电至10 Ah和20 Ah的原位拉曼光谱。深度放电产品多了Li2O，放电反响为：4 Li+ + CO2 + 4 e-  2 Li2O + C (Eo = 1.89 V vs Li/Li+)。

(E) 不同放电深度下正极的SEM图。

(F) 固定CO2的示意图。

图：可再充电机充电蓄电池/不可逆的充电机充电Li-CO2电池在充电机充电蓄电池进程只要Li2CO3分化的原位拉曼光谱依据

(A-B) 别离是放电至10 Ah和20 Ah后以5 A再充电机充电蓄电池的原位拉曼光谱。Li2CO3在4.0 V左右分化，Li2O在3.4 V左右分化，C简直没有分化。

(C) 固定容量为10 Ah，每次充放电完毕后的原位拉曼光谱。可以看出，每次循环后C在渐渐堆集。

3：选用多孔碳正极的充放电进程表征

(A) 充电机充电Li-CO2电池在100 mA/g下限容放电至1.0 mAh并限压充电机充电蓄电池至4.5 V的恒流充放电曲线。

(B) 在不同充放电状态下的非原位FTIR光谱。清楚显现不同状态下Li2CO3和Li2O的构成/分化。

(C) 正极放电至0.6 mAh（B点）对应的碳酸盐量下CO2的生成速率。蓝色箭头表明注入H2SO4分化Li2CO3。饼图表明CO2产值及存在的Li2CO3的份额。

(D-F) CO2和O2在充电机充电蓄电池进程生成速率的DEMS成果。D、E别离表明放电至B点后500、2000 mA/g的电流密度。F表明放电至C点后500 mA/g的电流密度。

4：选用钌基正极完成可再充电机充电蓄电池/可逆的Li-CO2电化学进程表征及示意图

(A) 选用Ru基正极的充电机充电Li-CO2电池的恒流充放电曲线。虚线为对照组：选用Au基正极的充电机充电蓄电池曲线。

(B) Ru基正极在充电机充电蓄电池进程的原位拉曼光谱。碳的拉曼峰逐步削弱。

(C-D) 别离是恒流放电后Ru基和Au基正极在3.0-4.5 V电位窗口内10 mV/s下的线性电位扫描曲线。同时给出了Li2CO3和碳的G峰随容量改变的拉曼峰强。

(E) 经过Li-CO2电化学技能完成储能体系（可逆进程）和CO2固定战略（不可逆进程）的示意图。

【小结】

该作业选用原位/非原位结合的光谱技能研究了非质子充电机充电Li-CO2电池的电化学进程机理，论述灵敏可控的CO2固定和储能战略。