顆粒在線訊：近日，中國科學(xué)院院士、中科院大連化學(xué)物理研究所研究員包信和，研究員汪國雄，研究員高敦峰團(tuán)隊(duì)在酸性二氧化碳（CO2）電解制備燃料和化學(xué)品研究中取得進(jìn)展，通過催化劑微環(huán)境調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)級(jí)電流密度下高能量效率和高碳利用效率的酸性CO2電解制一氧化碳（CO），并組裝出酸性/堿性串聯(lián)CO2電解系統(tǒng)，顯著提高了CO2電解制多碳產(chǎn)物的碳利用效率。

　　CO2電解反應(yīng)利用可再生能源產(chǎn)生的電能將CO2轉(zhuǎn)化為高附加值燃料和化學(xué)品，是近年來快速發(fā)展且極具應(yīng)用前景的負(fù)碳技術(shù)。當(dāng)前，CO2電解過程走向?qū)嶋H應(yīng)用所面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是堿性和中性條件下碳損失嚴(yán)重，導(dǎo)致CO2利用效率較低（<50%）。

　　該工作選用Ni-N-C作為模型催化劑，通過改變酸性膜電解器中陽極電解質(zhì)組成和CO2壓力來調(diào)控陰極催化劑微環(huán)境（局部H+、K+、CO2濃度），實(shí)現(xiàn)了工業(yè)級(jí)電流密度下高能量效率和高碳利用效率的酸性CO2電解制CO。在最優(yōu)反應(yīng)條件下，總電流密度500 mA cm-2時(shí)CO法拉第效率達(dá)到95%，對(duì)應(yīng)全電池能量效率為39%。與堿性電解相比，CO2損失量降低了86%，CO2單程利用效率最高達(dá)到85%。綜合考慮法拉第效率、電流密度、CO2流速和單程利用效率等性能指標(biāo)，該工作報(bào)道的酸性CO2電解性能顯著優(yōu)于文獻(xiàn)值。理論計(jì)算研究揭示了Ni-N-C催化劑微環(huán)境中H+和K+通過電場效應(yīng)對(duì)*CO2中間物種的穩(wěn)定作用。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步組裝了酸性/堿性串聯(lián)CO2電解系統(tǒng)，通過CO2-CO-C2+串聯(lián)電解路徑實(shí)現(xiàn)了CO2高利用效率地轉(zhuǎn)化為C2+產(chǎn)物。上述工作為CO2電解的實(shí)際應(yīng)用提供了參考。

　　相關(guān)研究成果以Tailoring acidic microenvironments for carbon-efficient CO2 electrolysis over Ni-N-C catalyst in a membrane electrode assembly electrolyzer為題于近日發(fā)表在《能源環(huán)境科學(xué)》（Energy & Environmental Science）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”、國家教育部能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、大連化物所創(chuàng)新基金等的支持。

大連化物所提出酸性二氧化碳電解新策略