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酸性流动电解槽中电催化还原CO_2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

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（eCO_2RR）可以将CO_2转化为高附加值的化学品和燃料，是应对大气CO_2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，eCO_2RR存在严重的碳损失问题，导致CO_2的... 展开+
    摘要：

    基于可再生能源的电催化二氧化碳还原反应（eCO_2RR）可以将CO_2转化为高附加值的化学品和燃料，是应对大气CO_2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，eCO_2RR存在严重的碳损失问题，导致CO_2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eCO_2RR的选择性、稳定性和能量效率。通过系统优化酸性eCO_2RR三相界面（固相、液相、气相），在100 mA·cm^-2电流密度和低于5 V的槽压下，实现了法拉第效率(FECO)超过90%，并且稳定运行110 h。最后，将电极面积放大至100 cm^2，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eCO_2RR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 CO_2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
    • 2.电子科技大学 长三角研究院湖州
    • 3.浙江工业大学 环境学院
    • 4.西南交通大学 环境科学与工程学院

    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, 王丽丽, 李振东, 邓邦为, 董帆. 酸性流动电解槽中电催化还原CO_2制CO的界面优化及工艺放大研究[J/OL]. 能源环境保护: 1-9[2024-09-25]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240905.

    MA Feiyu, LU Xianlong，ZHAO Xueyang, WANG Lili, LI Zhendong, DENG Bangwei, DONG Fan. Interface optimization and process scale-up study of electrocatalytic reduction of CO_2 to CO in acidic flow electrolyzers[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-9[2024-09-25]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240905.

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