【儀表網 研發(fā)快訊】近日，中國科學院大連化學物理研究所能源催化轉化全國重點實驗室納米與界面催化研究中心(502組群)包信和院士、高敦峰研究員、張國輝副研究員等與復旦大學汪國雄教授合作，在二氧化碳(CO2)電催化轉化方面取得新進展，利用離聚物調控催化反應微環(huán)境，實現(xiàn)了碳酸氫鹽介導的高效CO2捕集-電解一體化制CO，為低能耗、大規(guī)模的工業(yè)煙道氣CO2資源化利用提供了新思路。
工業(yè)煙道氣CO2捕集與轉化是實現(xiàn)國家“雙碳”目標的關鍵路徑。傳統(tǒng)工藝通常采用“捕集-釋放-壓縮-電解”的串聯(lián)路線，流程復雜、能耗和成本高。碳酸氫鹽介導的CO2捕集-電解一體化路線是一種新興的反應性碳捕集(Reactive carbon capture，RCC)技術。該路線將CO2的捕集過程與電催化轉化過程耦合，可降低獲取高純CO2原料氣的能耗和成本，但如何實現(xiàn)高效的碳酸氫鹽捕集液電解是制約其走向實際應用的瓶頸。
在本工作中，研究團隊利用離聚物修飾酞菁鈷(CoPc)電極來調控催化反應微環(huán)境，從而提高了碳酸氫鹽電解性能。在基于陽離子交換膜的零間隙電解器中，全氟磺酸樹脂修飾的電極(CoPc-Nafion)在3.09 V的低電解電壓下實現(xiàn)了410 mA/cm²的CO分電流密度。該電解性能與使用高純原料氣的CO2電解相當。電極結構表征和有限元模擬結果表明，全氟磺酸樹脂的質子傳導性提高了CoPc催化劑附近原位生成CO2(in situ generated CO2)的局部濃度，從而實現(xiàn)了優(yōu)異的碳酸氫鹽電解制CO性能。團隊進一步利用CoPc-Nafion電極和模擬煙道氣展示了捕集-電解循環(huán)過程，凸顯了碳酸氫鹽介導的CO2捕集-電解一體化路線的應用潛力。
相關研究成果以“Ionomer-Driven Reaction Microenvironment Control in Bicarbonate-Mediated Integrated CO2 Capture and Electrolysis”為題，于近日發(fā)表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上。該工作的第一作者是我所523組與復旦大學聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生榮佑文。上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院B類先導專項“能源電催化的動態(tài)解析與智能設計”、遼寧濱海實驗室、遼寧省興遼英才計劃、大連市杰出青年科技人才支持計劃、中國科學院大連化學物理研究所創(chuàng)新基金等項目的支持。(文/圖 高敦峰、榮佑文)
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