Cu基催化劑電化學還原CO2合成乙醇的研究進展

呂昭錦，趙俊虎，程菲，張嘉文，呂康樂，張甜*

（1 武漢理工大學 a.化學化工與生命科學學院； b.資源與環境工程學院，武漢 430070； c.三亞科教創新園，海南 三亞 572000； d.艾克斯馬賽學院，武漢 430070；2 中南民族大學 a.資源與環境學院；b.資源轉化與污染控制國家民委重點實驗室，武漢 430074）

隨著工業迅速發展，化石燃料成為維持社會和經濟的主要能源，過量的CO2排放將對全球造成無法估量的損害，從而推動了對CO2捕獲、儲存和利用的系統研發［1］.將CO2轉化為高附加值燃料或化學品，從而實現碳循環是很有吸引力的一種方法.但由于CO2特殊的分子結構的特點（穩定的熱力學結構和化學惰性）導致其反應動力學遲緩，需要利用大型設備和復雜工藝進行CO2轉化.近年來許多研究者著力于利用光催化［2］、熱催化［3］、酶催化［4］和電化學［5］等方式實現CO2轉換，以減少CO2能量屏障，實現可持續的碳循環.其中，利用電催化劑進行電化學還原CO2的方法受到越來越多的關注，不同于其他催化方法需要苛刻的條件（如高壓和高溫），電化學還原反應不僅可以在環境溫度和壓力下進行，且目標產物可以通過調整電催化劑、電極電勢、電解質、電解池和電解液濃度等進行控制，可以在“綠色”條件下進行大規模生產［6-7］.

目前，研究已經發現電化學還原二氧化碳（ERCO2）有多種可能的產物，包括甲酸、一氧化碳在內的C1產物和乙烯、乙醇等多碳（C2+）產物.其中C2產物乙醇，其用途廣泛，具有高能量密度（26.8 MJ·kg-1），常用于制造醋酸、酒類、燃料等，在工業、醫療衛生、食品業等生產中都有廣泛的用途，特別是隨著乙醇燃料汽車的推廣和國內外疫情影響之下使用體積分數為70%～75%的乙醇作為日常常用消毒劑，使得乙醇需求量極大提升.乙醇通常的合成方法為乙烯水化法，該方法使用乙烯來進行合成，生產過程需要消耗大量能源［8］.通過選擇性ERCO2來生產乙醇，不僅可以降低CO2排放對環境造成的影響，還可以產生很大的經濟效益，因此受到廣泛關注［9-11］.

迄今為止，研究者們通過調節應用電位、pH、反應器配置和電解質類型等方式來控制產物的選擇性，提高目標產物產率，并了解潛在的機制途徑.目前已有許多電催化劑可以實現電化學還原CO2合成乙醇［12-13］，且電催化劑種類直接影響其催化活性和選擇性［14］.在眾多電催化劑中，Cu 基催化劑因其獨特的活性和選擇性而受到廣泛關注，其具有良好的中間體CO 結合能，能極大地促進電子/質子轉移，是目前唯一能夠在水性溶劑中將CO2電化學還原為大量多碳化合物的金屬催化劑，被認為是最有前途的電化學還原CO2合成乙醇的催化劑.但目前仍存在眾多問題，如過電勢太高（-1.0 V vs. RHE 以上）、穩定性不理想、產物選擇性難以控制等問題，因此開發高效電催化劑具有重要意義.本文介紹了ERCO2合成乙醇的反應機理和典型的電解池，綜述了以乙醇為目標產物的Cu 基催化劑和部分非Cu 基催化劑，提出了幾種可能的策略，為設計高性能的ERCO2催化劑提供指導，最后展望了以ERCO2生產乙醇的現狀和未來.

1 ERCO2反應概述

1.1 ERCO2反應原理

ERCO2是一個多步驟的過程，通過施加電流使CO2在陰極表面進行還原反應，該過程主要有三個步驟：（1） CO2在電催化劑上進行化學吸附；（2） 在催化劑作用下，發生電子轉移以及質子的遷移，形成C—H 或者斷裂C—O；（3） 中間產物重新排列，生成的產物從催化劑表面解吸脫離，轉移至電解液中［15］.

在電化學反應過程中，施加的電極電位對還原產物有重要影響.從熱力學角度看，CO2電化學還原反應和析氫反應的平衡電位相近，其產物反應活性很強，種類難以控制，且還原過程相當復雜，包括2、4、6、8、12電子等過程，其還原產物有一氧化碳（CO）、甲酸（HCOOH）、甲醛（HCOH）、乙烯（C2H4）、甲醇（CH3OH）、甲烷（CH4）、乙醇（CH3CH2OH）等，表1 列舉了CO2還原反應和析氫反應的標準電極電位［16-18］.由表1 可見：所施加的電極電勢對還原產物有顯著影響，析氫反應（HRE）的平衡電極電勢相對其他反應較低，是ERCO2過程中主要的競爭反應，且由于CO2分子中較高的鍵能（1598 kJ·mol-1），使活化CO2成為該反應的速率控制步驟，在通常情況下CO2還原反應所需的實際電極電位比平衡電極電位負得更多，因此ERCO2還原需要考慮經濟上的可行性，注重提高能量效率.

表1 電催化還原二氧化碳的電極電勢Tab.1 Electrode potential for electrocatalytic reduction of carbon dioxide

1.2 ERCO2合成乙醇機制

目前在ERCO2合成乙醇過程中被普遍接受的機理為：電解質中的CO2分子在催化劑表面被吸附，在質子耦合電子轉移之后，吸附的CO2分子轉化為*COOH或*OCHO，它們分別形成CO和HCOOH的重要中間體.另一方面，當催化劑對*CO具有很強的結合能時，則*CO 與*CO 相互偶聯形成的*OCCO 將繼續反應，但與*CO形成*HCOO—或*CHO相比，碳碳耦合通常需要更高的能壘［19］，這一步驟也被認為與生產乙烯共享的途徑，也可以繼續被氫化成*CH2CHO，因此這個中間體*CH2CHO 的下一步反應將控制著反應向生成乙烯、乙醇的方向進行，其可能的反應機理詳見圖1.在ERCO2過程中，中間體CO2*的形成被認為是生產C2產物決定速率的步驟［20］，活性位點對C1產物有較強吸附能力時，則會促進碳碳耦合，加快生成C2產物.因此，穩定中間體CO2*和控制中間體*CH2CHO 向乙醇生成的方向進行是實現高效生產乙醇的關鍵.

圖1 水溶液中電極上ERCO2主要產物的形成途徑Fig.1 Pathway of ERCO2 main products formation on electrodes in aqueous solution

2 ERCO2反應器

電解池類型是影響ERCO2的重要因素［21］，設計合適的電化學反應器是提高ERCO2效率的有效方法之一，目前用于ERCO2的反應器主要有四種類型，即一室型電解池、H 型電解池、液體流動電解池（flow cell）和膜電極組件反應器（membrane electrode assembly， MEA）.

2.1 一室型電解池

一室型電解池［22］如圖2（a）所示，由工作電極、參比電極、對電極組成，三個電極與電化學工作站相連，進行CO2電化學還原反應后收集出氣管中氣相產物和電解池中液相產物來研究電極反應，但由于陰極CO2還原反應和陽極氧化反應發生在同一電解室內，陰極還原產物可能會通過溶液混合到達陽極附近再次被氧化，因此該類電解池在應用中較少.

圖2 常見的三類電解池示意圖Fig.2 Diagram of the three common types of electrolytic cells

2.2 H型電解池

H型三電極電解池［23］是較為常見的電化學反應系統，如圖2（b）所示，由ERCO2的陰極室和OER 的陽極室組成，陰陽兩室由離子交換膜（Nafion 膜）隔開.CO2以鼓泡方式通入陰極腔，還原電壓下進行CO2的還原反應，為防止陰極還原產物轉移到陽極又被氧化，兩極之間用Nafion 膜隔開.H 型電解池結構簡單低成本且易操作，可以快速測試電解質和電催化劑，常常被用于實驗室研究電催化ERCO2.但CO2在水溶液中的溶解度有限（＜0.034 mol·L-1），且當電化學反應電流較大時，而溶液中CO2濃度太小，電極表面將會出現嚴重的傳質極化，競爭性析氫副反應強烈，另一方面在使用強堿性電解液時，OH-會與CO2反應生成碳酸鹽，導致目標產物選擇性降低等［24］.因此，H 型電解池僅用于實驗研究階段初期篩選催化劑.

2.3 液相流動電解池和膜電極組件反應器

現流動電解池已取得較大研究進展［25-28］，用于ERCO2的流動電解池主要為液相流動電解池和膜電極組件反應器.這兩種電解池的工作電極通常使用氣體擴散電極（gas diffusion electrode，GDE），由多孔催化劑固定在密集排列的碳纖維（通常是碳紙或碳布）和更密集的碳微孔層制備而成，分別作為電催化劑、氣體擴散層來輸送CO2且對催化劑層起支撐作用，以及作為集流體來維持體系電子傳輸效率，減小電阻損耗.一方面延長了反應物和催化位點之間的接觸時間，另一方面可以將CO2分子直接傳輸到陰極附近，CO2分子再快速通過氣體擴散電極到達電催化劑表面進行電化學還原反應，有效地克服了CO2傳質限制的問題，為實現高電流密度提供了方向.圖2（c）為常見的液相流動電解池［29］，由三個隔間組成，分別為CO2流動的氣體陰極室、陰極電解液流動的液體陰極室和陽極電解液流動的陽極室，GDE 將氣體和液體陰極室分離，CO2從陰極一側進入系統，消除了溶解度限制，ERCO2發生在GDE 的三相邊界上.常見的MEA 則是將陰極疏水GDE 和陽極催化劑直接壓在離子交換膜的兩側，極大減少了傳質限制，也是ERCO2的另一種有前途的反應器.

BURDYNY 等［30］研究對比了H 型電解池，液相流動電解池、無液相流動電解池中CO2還原過程中的物質傳遞過程，如圖3（a）所示，H 型電解池中CO2通過氣-液界面邊界層擴散到催化劑層，再生成產物脫離催化劑層，而流動電解池（包括液體流動電解池和無液體流動電解池）中使用的氣體擴散電極含有疏水多孔的氣體傳輸通道，可以將CO2直接輸送到陰極，無需溶解在液體電解質中，極大減少了流動邊界層對ERCO2傳質速率的控制.如圖3（b）所示，流動電解池（～50 nm）中CO2擴散到催化劑表面的路徑相對于H型電解池（～50 μm）大約減少了3個數量級，有效地解決了CO2在水溶液體系中傳質差的問題.總之，電化學反應電解池很大程度影響了電化學反應，在未來可以合理設計流動電解池，電流密度可以達到H型電解池的十倍甚至以上.

圖3 常用電化學CO2還原裝置中的質量傳遞現象對比［30］Fig.3 Comparison of mass transport phenomena in commonly-used electrochemical CO2 reduction configurations［30］

3 ERCO2合成乙醇的催化劑

ERCO2合成乙醇的關鍵是催化劑材料的選擇和制備［31］，Cu 基催化劑對中間體*CO 具有較好的結合能，有利于C—C 耦合過程，是唯一對CO2轉化為醇和烴類具有顯著催化性能的催化劑，因此已被廣泛研究用于ERCO2中［32-38］.近年來研究者們對Cu 基催化劑進行了一系列修飾和改性，此外非Cu基催化劑也受到了廣泛的關注.本節中分析了Cu基和部分非Cu 基催化劑的設計和催化劑在ERCO2生產乙醇中的性能.表2 總結了ERCO2生產乙醇的代表性催化劑及其性能.

表2 水溶液電解質中ERCO2為乙醇的電催化劑及其性能Tab.2 Performance of an ERCO2 to ethanol electrocatalyst in an aqueous electrolyte

3.1 Cu基催化劑

3.1.1 單金屬催化劑

對于單金屬Cu，其形貌、尺寸、晶型等是影響其電催化性能的主要原因.此外，金屬團簇和金屬納米顆粒具有較高表面積和低配位數，低配位的原子有豐富的懸掛鍵，易于反應物相互作用，可以提供豐富的催化活性中心，提高活性面積，提高原子利用率.YANG 等［39］研究了Cu 納米催化劑電還原生命周期的原位電子結構，發現Cu納米團簇在電解過程中表面的氧化物被還原，配體被解吸后內部Cu納米顆粒逐漸聚集，形成活性Cu 納米顆粒，其具有豐富晶界，提供高密度的活性欠配位，增強了C2+產物選擇性.KIM等［40］制備了Cu納米顆粒（Cu NPs）電催化劑，在電解過程中催化劑由致密堆積的Cu NPs 轉變為立方體狀顆粒，催化性能進一步加強，對C2+產物表現出較高法拉第效率.產物的選擇性高度依賴于晶體取向，REYHANEH 等［41］以電沉積的方式制備了納米泡沫銅，含較多低指數晶面銅單晶［如單晶Cu（111）］，使其具有更低的表面能，極大地促進ERCO2為乙醇，在-1.6 V（vs. Ag/AgCl）條件下，乙醇的法拉第效率（FE）為49%.GAO 等［42］通過低壓等離子體處理制備了具有可調Cu（100）面、缺陷含量和氧含量的Cu納米立方催化劑，表現出較高的乙醇和正丙醇選擇性（其中乙醇的FE為22%），表明不同銅晶面暴露程度和表面結構會極大影響催化劑性能.因此，開發尺寸可調、形貌可控的Cu 基催化劑至關重要，且不規則的非晶體材料相對于晶體材料具有更大比表面積，對CO2吸附更加充分，也是一種有效的調控手段.

3.1.2 氧化物衍生的Cu基催化劑

與未經處理的金屬Cu 相比，氧化物衍生的Cu基催化劑［43］表現出更好的催化效率.研究表明［44］金屬Cu在-1.05 V（vs. RHE）時，C2H5OH的FE為9.7%，而金屬Cu氧化物衍生的催化劑，在-1.0 V（vs. RHE）時，電流密度達到11.8 mA·cm-2，C2H5OH 的FE 為35%.CHI 等［45］利用水熱合成法制備了不同形貌、尺寸的CuO 催化劑，最佳時乙醇的電流效率達到34.2%. ZAHID 等［46］通過水熱法制備了CuO 負載在Cu 電極上的催化劑，其在ERCO2過程中CuO 被還原成為Cu（111）納米顆粒，電流密度得到提高，過電位顯著降低.Cu+或Cu2+的存在在ERCO2過程中起重要作用，但在有些ERCO2過程中，還原電位作用下會使氧化物Cu 基催化劑迅速轉化為金屬Cu［47］，影響氧化物Cu 基催化劑的活性、選擇性和穩定性.LU 等［48］采用電沉積法制備了不同Cu0/Cu+濃度比的催化劑，在比例最優時，可實現在-0.6 V（vs. RHE）時，乙醇的FE 達48%.研究表明Cu+及其相鄰金屬Cu 位點之間的界面有利于C—C 偶聯，使乙醇更容易形成.因此對Cu 基金屬催化劑進行價態和形貌控制，調節表面還原誘導位點以促進C—C 偶聯是進行ERCO2為乙醇的重要方向.

3.1.3 Cu基金屬有機框架催化劑

金屬有機框架（MOFs）具有較高比表面積，可調節的孔隙率，CO2吸附量大是ERCO2良好的催化劑.ALBO等［49］制備了Cu和Bi基MOFs材料，乙醇的FE為28.3%，結果表明了Cu 和Bi基MOFs 的協同作用，較單金屬有著顯著優勢，且Cu/Bi比例可以控制反應生成乙醇.PERFECTO-IRIGARAY 等［50］通過在HKUST-1（Cu）MOF 中摻雜不同金屬（如Zn、Pd 和Ru），得到金屬-有機異質金屬框架MOFs，表明金屬摻雜顯著提高了催化CO2還原活性.可見，利用Cu 和其他金屬摻雜的MOFs可以促進乙醇的生成，這為MOFs作為催化劑用于ERCO2提供了新的思路.

大多數MOFs 相對于金屬來說其導電性差，通常只能達到較低的電流密度和能量轉換效率.與常見MOFs 相比，2D MOFs 允許在平面內有效地離域載流子［51］，表現出更好的導電性，加速反應中的電荷轉移過程，在ERCO2方面表現出顯著的性能.Yi等［52］制備的2D 酞菁基MOF（NiPc-NiO4）具有良好的導電性，電流密度達到34.5 mA·cm-2，優于已有的MOF催化劑.因此，制備具有快速電子轉移能力的MOF催化劑是重要的研究方向.

3.1.4 Cu基合金催化劑

通過向Cu中引入第二金屬來構建雙金屬體系，具有不同組成和原子排列的雙金屬催化劑可改變Cu 的電子結構和配位，調整中間體的結合強度，提高反應動力學和Cu 基催化劑穩定性，以及改變ERCO2反應路徑［53-55］.MA 等［56］設計雙金屬CuPd 催化劑可提高碳氫化合物和氧化物的選擇性（如圖4），與無序CuPd 和有序CuPd 相比，相分離CuPd 催化劑對乙醇具有更高的選擇性，表明幾何效應和Cu 與Pd 混合后產生的電子效應在決定中間體*CO 的后續反應途徑中起重要作用.

圖4 不同原子排列的CuPd NPs的產物分布［56］Fig.4 Product distribution of CuPd NPs with different atomic arrangements［56］

已有研究表明［57-59］：CuAg 雙金屬催化劑ERCO2比純Cu 更有選擇性地形成多碳產物，Cu-Ag 邊界上豐富的CO促進了Cu上的C—C偶聯（CO與CHx），使其主要產物是乙醇而不是乙烯.SU 等［60］制備了微量銀修飾的Cu/Cu2O 復合材料（Cu/Cu2O-Ag-0.6），微量Ag修飾后是無Ag修飾催化劑活性的2～3倍，乙醇的FE為19.2%，部分電流密度達到305 mA·cm-2.

CHANDA 等［61］通過電化學沉積法制備了Cu-木質素-Ni 泡沫，木質素使Cu 和NF 價態發生變化，在-0.80 V（vs. RHE）時，乙醇的FE 為23.2%，電流密度為22.5 mA·cm-2.YANG等［62］制備了與氧化釩結合的多孔Cu催化劑，-0.62 V（vs. RHE）時乙醇的FE可達到30.1%，部分電流密度為16 mA·cm-2.密度泛函理論表明：催化劑表面關鍵*HCCHOH 中間物種的形成，顯著提高了乙醇的FE. ZHU 等［63］制備了Au-Cu異質結雙金屬催化劑，Au位點的添加促進CO形成，加快了C—C的耦合，先在Au上高選擇性地將CO2轉化為CO，再在Cu上進行C—C偶聯過程，生成C2產物.因此通過雙金屬串聯可有效地促進碳碳偶聯過程，使產物向著有利于乙醇生成的方向進行.由此可見：在Cu 基催化劑上引入第二種金屬可以改變催化劑表面與中間體結合能，特別是引入易發生ERCO2為CO 的金屬（如Ag、Au、Zn 等），提高活性中心附近的CO濃度，促進C—C耦合，進一步提升ERCO2為乙醇的催化性能.

3.1.5 非金屬修飾的Cu基催化劑

金屬與碳、氮等非金屬結合可以減少金屬含量，有助于在反應過程中穩定納米粒子，防止納米粒子聚集，促進電荷轉移.YUAN等［64］成功地設計了由Cu納米顆粒修飾的N 摻雜氧化石墨烯（GO-VB6-Cu），在-0.25 V（vs. RHE）下，乙醇的最大FE為56.3%，且表現出卓越的穩定性.ZHUANG 等［65］在Cu NPs 中加入硫原子制備的催化劑（圖5），可以顯著提升乙醇選擇性，密度泛函理論（DFT）計算表明在NP 殼層中產生的Cu 空位和納米顆粒核心中的S 原子是導致較高的乙醇產量的原因.

圖5 用于CO2還原生產多碳醇的Cu2S-Cu-V CSVE電催化劑設計示意圖［65］Fig.5 Schematic design of Cu2S-Cu-V CSVE electrocatalyst for CO2 reduction to produce polycarbonate alcohols［65］

BARHáCS 等［66］將小Cu 團簇（Cun，n=3～8）固定在摻硼石墨烯上，Cu7對乙醇產物顯示出較高的選擇性.KIM 等［67］利用化學氣相沉積生長石墨烯，制備出一種以石墨烯晶界（gGB）為氧化掩蔽材料的Cu+位點和高晶面共存的電催化劑（Cu+/hf-Cu），Cu+中心具有較強的CO 鍵合作用，Cu0的高晶面提供了有利的C—C 偶聯中心，在-0.8 V（vs. RHE）時，乙醇的FE 為53%.GEIOUSHY等［68］合成了平均粒徑為20～50 nm的石墨烯（GN）/Cu2O涂覆在銅箔上作為工作電極，該復合材料表現出ERCO2為乙醇更優異的性能，由于石墨烯增強了Cu2O 表面的電子遷移率，更容易使中間體*C2HxO2還原為乙醇.這些結果表明石墨烯是一種ERCO2有前途的非金屬載體.

ZANG 等［69］制備了碳包裹的CuOx@C，表面碳涂層在反應中可以穩定Cu+，加速CO 的吸附，在-1.0 V（vs. RHE）時，乙醇的法拉第效率達到46%，部分電流密度達到166 mA·cm-2.因此，引入非金屬原子（B、N、I等）是提高Cu+長期運行穩定性的一種可行方法，且通過不同的策略如修飾上摻雜N的碳材料，增大了催化劑比表面積，促進電子轉移及活性位點上反應中間體的生成，是一種有效提高ERCO2為乙醇性能的策略.

3.2 非Cu基催化劑

3.2.1 非Cu基金屬催化劑

Cu 基電催化劑是目前最有希望用于ERCO2生產乙醇的材料，但它們在穩定性、選擇性、高過電位和可重復使用性方面面臨重大障礙.因此引入了一些非Cu基電催化劑，為研究新型電催化劑開辟了新方向.JI等［70］制備了FeP 納米陣列（FeP NA/TM），在-0.20 V（vs. RHE）時，CH3OH的FE高達80.2%.在他們的另一項研究［38］中，將Fe2P2S6納米片可作為一種高選擇性CO2電催化為醇類的催化劑，-0.20 V（vs. RHE）時，甲醇和乙醇總計FE 達到88.3%.此外，密度泛函理論計算表明，可以將Fe2P2S6表面的Fe原子重新用作形成醇的活性位點.ADEGOKE 等［71］用納米氧化銦和少量的聚四氟乙烯（PTFE）結合作為陰極，結果得到甲醇、乙醇和異丙醇的混合物，醇類產物的最大法拉第效率為82.5%.雖然這些非Cu 基金屬催化劑對產物乙醇表現出了較好的電化學性能，但選擇性仍然不夠，因此探索非Cu基催化劑ERCO2合成乙醇也具有重要意義.

3.2.2 非金屬催化劑

非金屬催化劑中如摻硼金剛石（BDD）、氮摻雜碳納米管（N-CNTs）等是一類有前途的ERCO2催化劑.LIU 等［72］制備了B 和N 共摻雜納米金剛石材料，表現出優異電化學性能，在-1.0 V（vs. RHE）時，CO2還原乙醇法拉第效率達到93%，其優異的性能主要源于硼氮共摻雜，高氮含量和氫釋放超電勢的協同效應.SONG等［73］通過自組裝法制備了N摻雜的有序圓柱形介孔碳材料，表明氮原子和圓柱形孔道構型的協同作用促進了關鍵中間體CO*的二聚作用，從而促進質子-電子轉移，在-1.0 V（vs. RHE）時，乙醇的選擇性接近100%.對于非金屬催化劑，將雜原子與碳基底結合可以誘導CO2RR 活性中心的形成，如N和其他非金屬摻雜的碳材料，電化學比表面積大，還原電流密度較高，值得進一步探究.

4 總結及展望

綜上所述，本文分析了電化學還原CO2合成乙醇的電催化過程與反應機理的關系，列舉了典型的幾類電解池和ERCO2合成乙醇中優異的Cu 基和部分非Cu 基催化劑，提出了電催化劑的設計策略.雖然目前對于ERCO2合成乙醇的研究已取得較好的進展，但就電化學還原的實際應用而言，該方法生產乙醇仍存在巨大挑戰，為了使乙醇進一步接近工業應用水平，還需要解決催化劑選擇性差、活性低和穩定性差等問題，今后的研究重點可從以下幾個方面展開：

（1）設計合理的新型反應器，使CO2以氣體的形式參與反應，而不是先溶解在溶液中，避免溶解度極限，例如使用流動電解池、氣體擴散電極作為催化電極或離子液體作為電解液來解決溶解度低的問題.

（2）對電催化劑進行合理設計，在已有的ERCO2合成乙醇機理的基礎上，合理創新對催化劑的設計，比如氧化處理、形貌控制、納米結構控制、合金化、表面改性等策略創造更多C—C 偶聯活性位點，促進形成乙醇的中間體，進一步增加電化學反應活性表面積.

（3）為了設計更高效的電催化劑，ERCO2為乙醇的機制還需要進一步探究，可以采用先進的表征技術和計算方法檢測ERCO2為乙醇的路線中所涉及的中間體，確定活性位點在反應過程中的變化機制，更有利于未來合理設計催化劑.

（4）目前，大多數催化劑只能穩定運行十幾個小時或幾十個小時，這與ERCO2的實際應用相差甚遠，因此需要對催化劑的降解原因和機理進行探究，提高催化劑的穩定性，如使用石墨烯負載金屬催化劑、合理設計殼/核結構等方法.

（5）要考慮催化劑的成本和經濟性，目前采用電沉積法來制備催化劑較為快捷、簡便，通過改變電沉積基底和在電沉積液中添加適當助劑可實現催化劑的設計.

（6）最后，ERCO2過程需要耗費大量電能，從實際生產角度看并不經濟，可以考慮使用以光能、太陽能等自然能源來驅動ERCO2過程，進一步推動ERCO2為乙醇的發展.