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酸性流动电解槽中电催化还原CO2制CO的界面优化及工艺放大研究

收稿日期：2024-07-20 修回日期：2024-08-26 接受日期：2024-08-30

DOI:10.20078/j.eep.20240905

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    摘要：基于可再生能源的电催化二氧化碳还原反应(eCO2RR)可以将CO2转化为高附加值的化学品和燃料,是应对大气CO2浓度急剧升高和全球变暖的一种可行方案。然而,在传统的中性或碱性电解液中,eCO2RR存在严重的碳损失问题,导致CO2的理论单程碳... 展开+
    摘要：

    基于可再生能源的电催化二氧化碳还原反应(eCO2RR)可以将CO2转化为高附加值的化学品和燃料,是应对大气CO2浓度急剧升高和全球变暖的一种可行方案。然而,在传统的中性或碱性电解液中,eCO2RR存在严重的碳损失问题,导致CO2的理论单程碳转化率(SPCE)低于50%,同时电解液的再生需要消耗额外能源。相比之下,酸性电解液可以有效解决碳损失问题,其理论SPCE可达100%,备受研究者关注。目前大多数研究仍集中在催化剂的优化上,而对气体扩散电极(GDE)、电解质和质子膜等固液气界面的优化关注不足,这些因素均会影响eCO2RR的选择性、稳定性和能量效率。通过系统优化酸性eCO2RR三相界面(固相、液相、气相),在100mA·cm−2电流密度和低于5V的槽压下,实现了法拉第效率(FECO)超过90%,并且稳定运行110h。最后,将电极面积放大至100cm2,初步研究了工艺放大的影响机制,并提出了一种新的间歇运行策略。针对酸性eCO2RR的界面优化和工艺放大研究有望为其工业化应用提供理论支持。

    收起-

    作者：

    • 马飞余1,2
    • 卢先龙1,2,3
    • 赵学洋4
    • 王丽丽1,2
    • 李振东2,3
    • 邓邦为1,2,*
    • 董帆1,2

    作者简介

    作者简介：马飞余(2001—),男,浙江杭州人,硕士研究生,主要研究方向为酸性体系电催化CO2还原。E-mail:2961432442@qq.com
    通讯作者：邓邦为(1991—),男,湖北宜昌人,副研究员,主要研究方向为环境与能源电催化。E-mail:bwdeng@uestc.edu.cn

    单位

    • 1. 中国气象局气候资源经济转化重点开放实验室,重庆 401147
    • 2. 电子科技大学 长三角研究院湖州,浙江 湖州 313001
    • 3. 浙江工业大学 环境学院,浙江 杭州 310014
    • 4. 西南交通大学 环境科学与工程学院,四川 成都 611756

    关键字

    • 酸性电解液
    • 流动电解槽
    • CO2
    • CO
    • 电催化
    • 界面优化

    基金项目

    中国气象局气候资源经济转化重点开放实验室开放课题(2024004K);浙江省自然科学基金资助项目(LQ24B070010);湖州市自然科学资金资助项目(2022YZ22)

    引用格式

    马飞余, 卢先龙, 赵学洋, 等. 酸性流动电解槽中电催化还原CO2制CO的界面优化及工艺放大研究[J]. 能源环境保护, 2024, 38(6): 151−159.

    MA Feiyu, LU Xianlong , ZHAO Xueyang , et al. Interface optimization and process scale-up study of electrocatalytic reduction of CO2 to CO in acidic flow electrolyzers[J]. Energy Environmental Protection, 2024, 38(6): 151−159.

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