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文摘
2024-11-24 08:01
四川
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二氧化碳还原反应（CO2RR）作为一种可将二氧化碳转化为有价值化学品的技术，因其在能源存储、环境保护等领域的潜力，已成为学术界和工业界的研究热点。传统的CO2RR多采用电化学批量反应池进行，这类反应池因结构简单、易于制造而广泛应用。然而，二氧化碳在水性电解液中的低溶解度限制了反应速率，成为批量反应池中CO2RR的关键瓶颈。为了解决这一问题，气体扩散电极（GDE）技术被提出并应用于流动池配置中，它能够直接将气态二氧化碳输送至催化剂表面，有效缓解了二氧化碳质量传输的限制。通过三相边界（TPB）作用，气体反应物、液体电解液和固体催化剂的接触区域显著增强了CO2RR的活性，从而推动了该领域的技术进步。尽管流动池配置和膜电极组件（MEA）配置在提升CO2RR反应速率方面取得了显著成果，但其设备结构复杂、制备工艺繁琐，尤其是在催化剂层结构、设备压制压力等参数上存在较大差异，导致不同实验室的研究结果差异较大，给电催化剂的固有活性测定带来了挑战。因此，如何在简便的实验环境下实现与流动池或MEA配置相似的高效CO2RR表现，成为了目前研究中的一个难点。近日，来自北京大学化学与分子工程学院徐冰君& 常晓侠团队在CO2RR领域取得了重要进展。该团队通过深入研究电化学批量反应池中气体扩散电极（GDE）中的液桥区域，揭示了液桥区域在CO2RR中的重要作用。研究表明，在负电位下，GDE与液面之间形成的液桥区域是CO2RR活性的重要贡献者。利用这一液桥区域，研究人员显著提高了CO2RR的性能，甚至在批量反应池中实现了接近流动池的反应速率。此外，团队还通过在GDE结构中引入商业铜微颗粒（MPs）并优化液桥区域，成功提高了CO2RR的局部电流密度，达到了640 mA/cm²geo的最高反应速率。这一成果不仅有效弥合了批量反应池与流动反应池之间的性能差距，还为未来将实验室级别的催化剂应用于潜在的商业化设备配置提供了重要的理论依据和技术路径。👉 点击左下角“阅读原文”，即可直达原文！💖
