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)計策略

針對目前日益增長的溫室效應(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，而被認為是一種非常不錯的長期性解決方案。在該過程中，電化學(xué)電解槽可以通過可再生電力驅(qū)動將CO₂和水轉(zhuǎn)化為化學(xué)物質(zhì)和燃料，生成的燃料能夠長期存儲，也可以分配或消耗，并釋放出CO₂作為主要廢料。通過將其再次收集起來送回反應(yīng)器，可以構(gòu)建出一個完整的閉環(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，具有較強的C═O鍵（750 kJ mol^-1），因此對其進行電化學(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)移過程以及許多不同的反應(yīng)中間體和產(chǎn)物，使得該過程非常復(fù)雜。

將CO₂電催化轉(zhuǎn)化為化學(xué)燃料和原料是實現(xiàn)carbon-neutral能量循環(huán)的一項潛在技術(shù)，但是，C₂₊產(chǎn)物的法拉第效率(FE)仍遠遠達不到實際應(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％。考慮到將CO₂還原為C₂₊產(chǎn)物的高復(fù)雜性，選擇設(shè)計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)合美國萊斯大學(xué)汪淏田教授等課題組詳細總結(jié)了通過ECR實現(xiàn)有效C-C偶聯(lián)的進展，重點介紹了電催化劑和電催化電極/反應(yīng)器的設(shè)計策略及其相應(yīng)的機理。此外，作者還討論了C₂₊產(chǎn)物生成的當(dāng)前瓶頸和未來機會，作者希望通過詳細介紹的C?C耦合策略，以期在基礎(chǔ)理解和技術(shù)應(yīng)用方面取得進一步發(fā)展和啟發(fā)。