摘要速览
控制反应界面处的H2O和CO2浓度对于实现有效的电化学CO2还原至关重要。然而，在催化过程中对这些变量的预先控制仍然具有挑战性，并且其潜在机制尚未完全理解。在多物理场模型的指导下，我们证明了调整局部 H2O/CO2 浓度可以通过在催化剂表面涂覆薄聚合物涂层来实现。除了经常探索的疏水性之外，聚合物的透气性和吸水能力对于这一目的更为关键。凭借这些见解，我们在-2 Acm-2的高电流密度下实现了铜的CO2还原，法拉第效率超过87%，对多碳产品的影响。由于阴极电位大幅降低，在这种高电流密度下也观察到令人鼓舞的阴极能量效率 （>50%）。此外，我们证明了可减少的CO2还原超过150h实际上与强大的反应界面相关的电流密度。此外，这一策略已扩展到膜电极组件和其他用于减少二氧化碳排放的催化剂。我们的研究结果强调了微调 H2O/CO2 平衡对于未来 CO2 还原应用的重要性。
【前言要点】
1.微环境是指催化中心周围的局部环境，包括电极/电解质界面结构、局部pH值、CO2和H2O浓度、离子/阳离子、电场等。所有这些因素都会极大地影响催化过程的动力学和热力学，从而影响CO2还原的转化效率、反应速率、选择性、稳定性，并最终影响能源效率。
2.将疏水性聚合物掺入催化剂层已被证明可有效提高抗HER能力。疏水性添加剂或聚合物中的疏水主链或孔隙会在催化剂表面附近捕获更多的 CO2 并消除水，从而调节局部 CO2 和 H2O 浓度。
3.气体扩散电极（GDE）的疏水性改性促进了CO2R的电流增长，但要实现超过−1Acm−2且CO2R选择性高的工业级电流密度仍然是一个挑战。
【文章要点】
作者提出在催化剂表面形成一层薄而完整的聚合物层（图1中的模型II）可以更有效地防止GDL流失，同时保持催化性能，前提是这种薄层可以有效地管理CO2的传输，具体而言，聚合物层厚度、吸水能力、CO2扩散率、孔隙率等相关的化学/物理性质将为优化三相界面的微环境（即H2O/CO2平衡）提供机会，从而实现高速率的选择性和节能性CO2R。
【图文摘要】
为了研究疏水性对CO2R性能的影响，作者选择了四氢疏水聚合物构建ModelII型催化剂层。
