厦门大学这个课题组，发完Science，再发Nature子刊！
文摘
2025-02-02 19:30
青海
电催化CO2还原反应（CO2RR）是利用可再生电力将CO2转化为多碳（C2+）化合物（如乙烯和乙醇）的一种有前景的途径，这些化合物在当前的化工和能源行业中广泛应用。与传统的CO2还原技术相比，采用MEA（膜电极组件）电解槽作为CO2RR平台具有很大的优势。MEA电解槽去除了阴极溶液，避免了传统碱性流动池中气体扩散电极（GDE）淹没、碳酸盐形成以及CO2损失等问题。然而，缺乏阴极溶液使得水管理成为MEA电解槽中的一个关键问题，特别是在高电流密度下，可能会导致水源不足，从而影响CO2RR的性能。因此，如何优化水的供应和管理，成为提高C2+产物生成的一个挑战。鉴于此，来自厦门大学王野教授，谢顺吉、程俊教授和中国科学院上海应用物理研究所姜政教授等人的工作在MEA电解槽中取得了重要进展。该团队设计并制备了具有丰富Cu₂O−Cu₀界面的纳米复合电催化剂，成功解决了水促进CO2RR向C2+化合物转化的问题。研究表明，该纳米复合材料通过共喂水，显著促进了C2+产物（主要是乙烯和乙醇）的生成。实验结果显示，在优化的水压力下，MEA电解槽达到了1.0 A/cm²的电流密度，并在80%的法拉第效率下实现了19%的单程C2+产率。原位表征结果表明，在CO2RR过程中，Cu⁺与Cu₀共存，并在水激活过程中发挥了重要作用。Cu⁺能够促进水的激活，并通过增强吸附CO和CHO中间体的形成，促进了C−C偶联反应，从而有效提高了C2+产物的形成。该研究为MEA电解槽中CO2RR向C2+化合物的高效转化提供了新的思路，尤其是通过结合水管理与电催化剂设计，为工业化应用提供了潜在的技术路径。
