点击文末阅读原文可直达文献
在酸性条件下，电化学CO₂还原反应（CO₂RR）和质子还原反应（HER）竞争显著，通常HER更易发生，这导致CO₂还原的法拉第效率较低。然而，在低pH值的条件下，通过控制CO₂还原的速率，能够抑制HER并提高CO的生成效率。本文研究了在酸性电解质中，通过提高CO₂还原速率来抑制HER的机制，为未来设计高效CO₂还原电解池提供了理论基础。
成果简介
本文使用差分电化学质谱（DEMS）技术，在温和酸性条件下研究了金电极上的CO₂还原过程。结果表明，通过调控CO₂的分压和质子浓度，可以有效抑制HER，提高CO的生成率。研究发现，当CO/OH⁻的形成速率足够高以匹配或补偿质子向电极表面的传质时，可以完全抑制HER，从而实现接近100%的CO生成法拉第效率。
研究亮点
电化学条件优化：通过调控CO₂的分压和电解质中质子的浓度，有效抑制了HER，显著提高了CO₂还原的法拉第效率。
质谱分析验证：利用DEMS技术，实时监测了H₂和CO的生成量，证实了CO₂还原过程中抑制HER的有效性。
理论机制探讨：提出了通过提高CO/OH⁻形成速率来抑制HER的设计原则，为开发高效的酸性CO₂电解池提供了理论指导。
配图精析
图1: 金电极上CO₂还原的DEMS数据
图1展示了在不同CO₂分压下金电极的循环伏安图（CV），以及H₂和CO生成的离子电流。随着CO₂分压的增加，H₂的生成显著减少，CO的生成增加，表明CO₂还原抑制了HER。
图2: H₂生成的DEMS数据
图2展示了在Ar环境中，纯金电极在酸性电解质中的H₂生成情况。结果显示，在没有CO₂存在时，H₂生成量达到最大，证明了质子还原在酸性条件下的优势。
图3: CO生成的法拉第效率
图3展示了在不同CO₂分压和质子浓度下，CO生成的法拉第效率。结果表明，随着CO₂分压的增加和质子浓度的降低，CO的法拉第效率显著提高，并在-1.2至-1.3 V的电位范围内达到最大值。
图4: 质子消耗与CO₂还原速率的关系
图4展示了在不同电位下，质子消耗速率和CO生成速率的对比分析。结果表明，在高CO生成速率下，质子消耗速率显著降低，进一步验证了CO₂还原对HER的抑制作用。
展望
该研究通过电化学质谱技术，深入探讨了在酸性条件下抑制HER的可能性，并为设计高效CO₂还原电解池提供了新的思路。未来，优化CO₂还原速率和电极表面结构，将有助于进一步提高酸性电解质中的CO₂还原效率。
文献信息
标题: Suppression of Hydrogen Evolution in Acidic Electrolytes by Electrochemical CO2 Reduction
期刊: Journal of the American Chemical Society
DOI: 10.1021/jacs.0c10397
原文链接: https://doi.org/10.1021/jacs.0c10397
点击阅读原文直达文献~
声明：更多内容请参考原文，如有侵权，后台联系编辑删除。
