加拿大Edward H. Sargent院士最新Science：在强酸中电解CO2生成多碳产品

【引言】

二氧化碳电还原（CO₂R）作为一种将碳排放转化为有价值的化学品和燃料的有前途的途径，正在被积极研究。然而，输入的CO₂中被有效还原的部分通常很低，对于多碳产品来说<2%；其余部分在碱性和中性反应器中与氢氧化物反应形成碳酸盐。酸性电解质将克服这一限制，但迄今为止，在这些条件下，析氢一直占主导地位。另外，在碱中，大部分CO₂在还原前被碳酸盐捕获；在酸中，质子从正极捕获电子的速度超过了CO₂。有研究报道，高剂量的钾离子有助于解决后一个问题。通过在电极上浓缩钾离子，在酸中高电流下对CO₂还原具有高选择性，作者将此归因于所需吸附物的静电稳定化。

【成果简介】

今日，在加拿大多伦多大学Edward H. Sargent院士、David Sinton教授和澳大利亚悉尼大学李逢旺（共同通讯作者）团队等人带领下，采用了一种阳离子增强策略来改善强酸（pH <1）中的CO₂活化动力学。在电化学活性位点附近集中钾离子加速CO₂活化，从而在酸中实现高效的CO₂R。团队在pH <1的条件下实现了铜的CO₂R，单次CO₂利用率为77%，在电流密度为1.2 A/cm²和4.2 V的全电池电压下，对多碳产品（乙烯、乙醇和1-丙醇）的转化效率为50%。相关成果以题为“CO₂electrolysis to multicarbon products in strong acid”发表在了Science。

【图文导读】

图1酸性CO₂还原与碱性和中性CO₂还原的对比

图2 酸性电解质中阳离子促成CO₂还原

图3 在酸性电解质中形成多碳产品和提高碳效率的阳离子增层(CAL)

文献链接：CO₂electrolysis to multicarbon products in strong acid（Science，2021，DOI:10.1126/science.abg6582）

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