可持续动力、电化学将二氧化碳(CO2)还原为有用的化学物质和原料，有助于减少温室气体排放，使工业能够以有益的方式重新利用释放的二氧化碳。然而，迄今为止介绍的实现这一点的大多数策略都有明显的局限性，包括长时间稳定性差。

　　香港理工大学、牛津大学和国家同步辐射研究中心的研究人员最近推出了一种新的膜电极组装系统，可以促进二氧化碳的稳定电催化还原。

　　值得注意的是，他们提出的系统首次发表在《自然能源》(Nature Energy)杂志的一篇论文中，该系统由纯水(H2O)提供，因此不依赖于碱金属电解质。

　　“我们的现代社会严重依赖化石燃料来驱动我们的经济，但由此产生的二氧化碳排放对气候构成了重大威胁，”该论文的合著者刘淑萍告诉科技探索网。“我们希望通过使用电催化二氧化碳还原(ECO2R)技术来解决这个问题，从而利用大量的二氧化碳并将其重新进入碳循环。然而，之前的研究表明，ECO2R系统的稳定性是一个主要挑战，目前的系统将ECO2R转化为乙烯(C2H4)的持续时间不到200小时。

　　在他们最近的工作中，Lau和他的合作者一直在努力克服现有电催化二氧化碳还原系统的局限性。他们的目标是创造一种新的电解结构，在ECO2R过程中抑制碳酸盐的形成，从而实现长时间的稳定运行。

　　Lau解释说:“我们的目标是在不涉及碱金属阳离子的情况下保持碱性阴极环境，最终设计出以纯H2O为阳极电解质的APMA MEA (AEM+PEM组装膜-电极组装)结构。”“在我们的APMA MEA ECO2R系统中，我们创造了一种方法，使CO2与H2O在阴极反应产生C2H4和OH-，而H2O在阳极氧化成O2和H+。由此产生的OH-和H+在膜中间结合形成H2O。”

　　研究人员介绍的新系统由两种不同的膜(AEM和PEM)，阴极催化剂(阶梯表面Cu)，阳极催化剂(Pt/Ti)和纯水作为阳极电解质组成。它最显著的优点之一是它不需要任何额外的化学物质来引发反应，只使用纯水作为电解质。这意味着它可以很容易地扩大到工业水平。

　　“更令人印象深刻的是，APMA MEA结构克服了二氧化碳与电生成的OH-反应成碳酸盐的热力学限制，从而扩展了系统的稳定性，”Lau说。“凭借其耐用性和效率，我们的APMA MEA系统有可能彻底改变二氧化碳电催化技术，改变现代化石能源系统。”

　　在最初的测试中，该研究小组介绍的APMA MEA系统取得了非常有希望的结果。仅使用纯H2O作为阳极液，在正偏压模式下，发现在ECO2R过程中有效抑制碳酸盐的形成，延长了CO2还原到碳氢化合物C2H4的稳定性，达到了令人印象深刻的1000小时。

　　刘说:“我们在创造稳定耐用的ECO2R系统方面的突破对ECO2R的工业化至关重要。”“由于APMA MEA系统有可能达到工业水平，因此可以为工业规模上大幅减少二氧化碳排放铺平道路。”

　　Lau和他的同事们介绍的有前途的方法和技术很快就会在实验室和现实工业环境中得到进一步的改进和评估。最终，它可以通过促进二氧化碳的电催化还原，为正在进行的旨在减少碳排放的全球努力做出贡献。

　　“在我们最初的APMA MEA系统中，我们遇到了高工作电压和低电流密度，导致所需产品(C2H4)的产量低，整体能源效率低，”Lau补充说。“我们的下一步是集中精力提高APMA系统的电流密度和能效，同时降低系统的过电位。”

　　更多信息:佘晓杰等，纯水馈入，电催化CO2还原成乙烯超过1000 h, 10 A稳定性，Nature Energy(2024)。DOI: 10.1038/s41560-023-01415-4期刊信息:Nature Energy

　　?2024 Science X Network

　　引用:用于电催化二氧化碳还原的纯水膜-电极组装系统(2024年1月22日)，2024年1月22日检索自https://techxplore.com/news/2024-01-pure-fed-membrane-electrode-electrocatalytic.html

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