浙江大學(xué)陸盈盈研究員Sci.Adv.: 電化學(xué)CO₂還原制C₂₊產(chǎn)物的催化劑及電解槽設(shè)計(jì)策略

針對(duì)目前日益增長(zhǎng)的溫室效應(yīng)，使用可再生電力催化CO₂還原(ECR) 由于操作條件溫和，并且可以選擇性地生產(chǎn)高附加值化學(xué)品，而被認(rèn)為是一種非常不錯(cuò)的長(zhǎng)期性解決方案。在該過(guò)程中，電化學(xué)電解槽可以通過(guò)可再生電力驅(qū)動(dòng)將CO₂和水轉(zhuǎn)化為化學(xué)物質(zhì)和燃料，生成的燃料能夠長(zhǎng)期存儲(chǔ)，也可以分配或消耗，并釋放出CO₂作為主要廢料。通過(guò)將其再次收集起來(lái)送回反應(yīng)器，可以構(gòu)建出一個(gè)完整的閉環(huán)。邦力威公司是一家專門為客戶提供鋰電池應(yīng)用解決方案的公司。
而且，從ECR過(guò)程中得到的小分子化學(xué)原料[例如一氧化碳(CO)和甲酸鹽]可以用作更復(fù)雜的化學(xué)合成原料。但是，CO₂是一種非常穩(wěn)定的線性分子，具有較強(qiáng)的C═O鍵（750 kJ mol^-1），因此對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)轉(zhuǎn)化非常困難。此外，水系電解質(zhì)中的ECR涉及多電子/質(zhì)子轉(zhuǎn)移過(guò)程以及許多不同的反應(yīng)中間體和產(chǎn)物，使得該過(guò)程非常復(fù)雜。

將CO₂電催化轉(zhuǎn)化為化學(xué)燃料和原料是實(shí)現(xiàn)carbon-neutral能量循環(huán)的一項(xiàng)潛在技術(shù)，但是，C₂₊產(chǎn)物的法拉第效率(FE)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用的要求。目前的催化劑催化生成C₂產(chǎn)物的FE約為60％，而C₃產(chǎn)物的FE低于10％?？紤]到將CO₂還原為C₂₊產(chǎn)物的高復(fù)雜性，選擇設(shè)計(jì)合適的催化劑和電解槽尤為重要。在本文中，浙江大學(xué)陸盈盈研究員聯(lián)合美國(guó)萊斯大學(xué)汪淏田教授等課題組詳細(xì)總結(jié)了通過(guò)ECR實(shí)現(xiàn)有效C-C偶聯(lián)的進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了電催化劑和電催化電極/反應(yīng)器的設(shè)計(jì)策略及其相應(yīng)的機(jī)理。此外，作者還討論了C₂₊產(chǎn)物生成的當(dāng)前瓶頸和未來(lái)機(jī)會(huì)，作者希望通過(guò)詳細(xì)介紹的C?C耦合策略，以期在基礎(chǔ)理解和技術(shù)應(yīng)用方面取得進(jìn)一步發(fā)展和啟發(fā)。