负碳技术通过捕集、贮存和利用二氧化碳来减少碳排放，有望成为实现碳中和的重要途径。其中，近年来快速发展、极具应用前景的二氧化碳电解技术受到关注。1月29日，中国科学院大连化学物理研究所对外宣布，该所包信和院士、汪国雄研究员和高敦峰研究员团队在二氧化碳/一氧化碳电解制备燃料和化学品研究中取得新进展。相关成果发表在国际顶级学术期刊《自然—纳米技术》上。
该研究团队揭示了碱性膜电解器中二氧化碳/一氧化碳电催化还原反应覆盖度驱动的选择性变化机制，并组装出千瓦级电堆，可以实现钢厂尾气或者化工尾气的高值化利用，为二氧化碳/一氧化碳电解技术从实验室到实际应用提供了技术基础。
据介绍，通过利用可再生能源产生的电能，二氧化碳电解反应可以将二氧化碳转化为高附加值燃料和化学品。而乙烯、乙酸和乙醇等多碳产物具有较高的能量密度和市场需求，是理想的电解产物。但是，在工业级电流密度下高选择性生成多碳产物仍然存在很大挑战。
解决上述问题，研究团队基于钢铁工业排放出大量的二氧化碳/一氧化碳混合尾气这一现状，通过改变进料气组成来调变碱性膜电解器阴极氧化铜催化剂的微环境，实现了在工业级电流密度下电解二氧化碳/一氧化碳高效制备多碳产物。随着进料气中一氧化碳压力的增加，电解主产物逐渐由乙烯转变为乙酸，且电流密度显著增加。
为进一步验证电解过程的可行性，研究团队组装了4节100平方厘米的碱性膜电堆，电解功率最高达2.85千瓦，在总电流为150安时，乙烯的生成速率为457.5毫升/分;在总电流为250安时，乙酸的生成速率为2.97克/分。
“团队在电化学器件上进行了创新，研制了高性能碱性膜电解器件来电解二氧化碳/一氧化碳。”汪国雄介绍，“同时，我们通过改变反应气中一氧化碳分压来调控电极催化剂微环境，揭示了反应覆盖度驱动的选择性转变机制。”该项研究不仅为单一多碳产物的定向生成提供了重要参考，而且为二氧化碳/一氧化碳电解从实验室走向实际应用提供了技术基础。
提及下一步研究方向，汪国雄说：“我们将进一步开展放大研究，研制大规模的碱性膜电堆和系统，提高在实际工况下的稳定性，实现在工业领域的示范运行。”
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