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CO2分子形狀是直線形的，其結構曾被認為是：O=C=O。但CO2分子中碳氧鍵鍵長為116pm，介于碳氧雙鍵（鍵長為124pm）和碳氧三鍵（鍵長為113pm）之間，故CO2中的碳氧鍵具有一定程度的叁鍵特征。
現(xiàn)代科學家一般認為CO2分子的中心原子碳原子采取sp雜化，2條sp雜化軌道分別與2個氧原子的2p軌道（含有一個電子）重疊形成2條σ鍵，碳原子上互相垂直的p軌道再分別與2個氧原子中平行的p軌道形成2條大π鍵。

1756年，英國化學家布萊克（即約瑟夫·布萊克，Joseph Black，1728年－1799年）個用定量方法研究了被他稱為“固定空氣”的二氧化碳氣體，二氧化碳在此后一段時間內都被稱作“固定空氣”。

二氧化碳的電化學還原是一個利用電能將二氧化碳在電解池陰極還原而將氫氧根離子在電解池陽極氧化為氧氣的過程，由于還原二氧化碳需要的活化能較高，這個過程需要加一定高電壓后才能實現(xiàn)，而在陰極發(fā)生的氫析出反應的程度隨電壓的增加而加大，會抑制了二氧化碳的還原，故二氧化碳的高效還原需要有合適的催化劑，以致二氧化碳的電化學還原往往是個電催化還原過程。這個過程的簡單機理為：⑴電解池陰極：在初始階段，二氧化碳被吸附在陰極催化劑表面，形成中間產物（反應式①）；然后電子在兩個電極間電勢差的作用下發(fā)生轉移，轉移數(shù)可能是2、4、6、8、12，還原產物隨電子轉移數(shù)的不同而可能是一氧化碳、甲酸根、甲酸等（反應式②-④）。⑵電解池陽極：水溶液中發(fā)生析氫反應，產生氫氣（反應式⑤、⑥）。

二氧化碳是碳氧化合物，是一種無機物，不可燃，通常也不支持燃燒，低濃度時無毒性。它也是碳酸的酸酐，屬于酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，其中碳元素的化合價為+4價，處于碳元素的價態(tài)，故二氧化碳具有氧化性而無還原性，但氧化性不強。

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