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随着现代文明和工业的发展,全球气候变暖成为最受关注的的环境问题之一,产生这一问题的原因是“温室效应”。过多的燃烧煤炭、石油和天然气,排放了大量的温室气体,二氧化碳(CO2)是目前大气中含量最高的温室气体。如何利用并减少大气中二氧化碳(CO2)的含量是一项非常有挑战性和意义的工作。利用可再生电力电化学还原二氧化碳(CO2)可以持续实现这一目标。固体氧化物电解池(SOE)是一种在高温下操作的装置,可以减少极化损失并最大限度地利用过程热。该技术主要来源于固体氧化物燃料电池(SOFC),还不是很完善,在新材料设计与优化方面还需要很多努力,以满足固体氧化物电解池(SOE)的应用需求。在许多电化学系统中,通常活性相界面在决定能源材料的性能和使用寿命方面起着重要作用。我们采用从基底中原位生长纳米颗粒的方法,获得了纳米尺度的活性界面。我们借助于XRD、XPS、TG、SEM和TEM等技术,分别研究了不同基底的阴极材料(金属基电极、金属-陶瓷基电极和萤石基电极)的物相、元素价态、氧空位浓度、纳米尺度的形貌结构特征及电化学性能。通过调控金属基(Ni)上原位生长MnOx的含量,Ni/11%MnOx电极材料表现出最高的电化学性能。800℃,1.4V的施加电压下,去除CO的保护,Ni/11%MnOx电极材料仍表现出良好的长期使用性能。通过调控金属-陶瓷基(Ni-YSZ)上原位生长MnOx的含量,Ni-YSZ/3%MnOx电极材料表现出最高的电化学性能。通过调控萤石基(CeO2)上原位生长的NiCu合金比例,Ce0.9(Cu0.25Ni0.75)0.1O2-δ电极材料表现出最高的电化学性能,连续运行100个小时,电解二氧化碳(CO2)的电流密度几乎没有衰减,展现出良好的长期使用性能。通过实施界面工程,在较宽的阴极材料(从金属基电极到陶瓷基电极)范围内提高了二氧化碳(CO2)的电化学还原性能。这种由功能相和原位生长的纳米颗粒构筑的活性界面促进了二氧化碳(CO2)的吸附活化,这些具有强结合力的限域纳米颗粒的界面结构还增强了材料的长期使用性能。