【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室能源與環(huán)境小分子催化研究組(509組)鄧德會研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)表膜電極電催化二氧化碳(CO2)還原綜述文章。該綜述介紹了膜電極電催化還原CO2的基本原理和應(yīng)用實(shí)例，為實(shí)現(xiàn)高效、低能耗電催化還原CO2制備高附加值化學(xué)品提供了重要借鑒。
 

　　CO2的過量排放會引起溫室效應(yīng)等環(huán)境問題，電催化還原CO2制備高附加值化學(xué)品不僅可以解決CO2排放引起的環(huán)境問題，還可以將可再生電能存儲到易于輸運(yùn)的化學(xué)品中，解決間歇性電能不易儲存的問題。膜電極電解池是目前可以高效、低能耗電催化轉(zhuǎn)化CO2的有效途徑，氣體CO2直接導(dǎo)入陰極催化層表面，陰極和陽極間只有一層離子交換膜，陽極電解液可以通過外循環(huán)進(jìn)行流動，該構(gòu)造有效降低了陰陽兩極內(nèi)電阻并提高了CO2的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化效率。因此，膜電極技術(shù)的發(fā)展將有望推動電催化CO2轉(zhuǎn)化邁向工業(yè)應(yīng)用。
 

　　該綜述首先討論了膜電極電解池中各組件的特點(diǎn)和工作方式，包括陰極氣體擴(kuò)散電極、離子交換膜、陽極氧氣析出的替代反應(yīng)等；接著分析了膜電極各部件的電壓降及其相應(yīng)的測量方法，為電催化CO2還原的能耗解析提供參考；在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了膜電極電催化還原CO2制備一氧化碳、甲酸、甲醇、甲烷和C2+等產(chǎn)物的應(yīng)用，闡述了不同種類催化劑對還原產(chǎn)物選擇性和活性的影響，以期為針對特定產(chǎn)物合理設(shè)計(jì)催化劑提供參考；最后，文章對膜電極電催化CO2還原的前景和挑戰(zhàn)進(jìn)行了展望，指出目前研究主要利用工作面積較小的膜電極電解池，當(dāng)在實(shí)際應(yīng)用中將工作電極放大以及組裝成電堆后，更加復(fù)雜的氣體擴(kuò)散及水管理等問題將成為膜電極研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)。另外，如何利用原位表征技術(shù)揭示膜電極電催化CO2還原的反應(yīng)機(jī)理也是當(dāng)前亟需解決的問題，需要進(jìn)行深入的研究。
 

　　鄧德會團(tuán)隊(duì)長期致力于碳一分子催化轉(zhuǎn)化方面的研究工作并取得了系列進(jìn)展，包括CO2低溫加氫制甲醇(Nat. Catal.，2021)，電催化CO2轉(zhuǎn)化(Angew. Chem. Int. Ed.，2018；Cell Rep. Phys. Sci.，2020；J. Energy Chem.，2022；Nano Res.，2019)、甲烷低溫選擇氧化制含氧化合物(Chem，2018；Chem，2019；Nano Energy，2021；Chem Catal.，2022)，室溫電化學(xué)水氣變換制高純氫(Nat. Commun.，2019；Nano Energy，2022)，電催化一氧化碳還原制乙烯(Angew. Chem. Int. Ed.，2020)、可見光驅(qū)動甲醇直接制乙二醇(Nat. Commun.，2018)等，這些工作為碳一分子催化轉(zhuǎn)化新過程、新體系的探索提供了重要借鑒。
 

　　相關(guān)工作以“Membrane Electrode Assembly for Electrocatalytic CO2 Reduction: Principle and Application”為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是中國科學(xué)院大連化物所509組聯(lián)合培養(yǎng)畢業(yè)生張政博士。上述工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中科院B類先導(dǎo)專項(xiàng)“功能納米系統(tǒng)的精準(zhǔn)構(gòu)筑原理與測量”等項(xiàng)目的支持。(文/圖 張政)