用于电催化还原二氧化碳的纯水供给膜电极组件系统

通过可持续供电、电化学方式将二氧化碳(CO2)还原为有用的化学品和原料，有助于减少温室气体排放，使各行业能够以有益的方式再利用释放的CO2。然而，迄今为止引入的大多数实现这一目标的策略都有明显的局限性，包括长期稳定性差。

香港理工大学、牛津大学和国家同步辐射研究中心的研究人员最近推出了一种新的膜电极组件系统，可以促进CO2的稳定电催化还原。

“我们的现代社会严重依赖化石燃料来为我们的经济提供动力，但由此产生的CO2排放对气候构成了重大威胁，”该论文的合著者ShuPingLau告诉TechXplore。“我们正在寻求通过使用电催化CO2还原(ECO2R)技术来利用大量CO2并将其重新进入碳循环来解决这一问题。然而，之前的研究表明ECO2R系统的稳定性这是一项重大挑战，目前的ECO2R转化乙烯(C2H4)系统持续时间不足200小时。”

在最近的工作中，Lau和他的合作者一直在努力克服现有电催化CO2还原系统的局限性。他们的目标是创建一种新的电解架构，抑制ECO2R期间碳酸盐的形成，从而实现长期稳定运行。

“我们的目标是在不涉及碱金属阳离子的情况下维持碱性阴极环境，最终设计出以纯H2O作为阳极电解液的APMAMEA(AEM+PEM组件膜电极组件)架构，”Lau解释道。“在我们的APMAMEAECO2R系统中，我们创造了一种方法，让CO2与H2O反应，在阴极产生C2H4和OH-，同时H2O被氧化成O2和H+在阳极处。生成的OH-和H+然后在膜中间结合形成H2O。”

在包含6个APMA-MEA电池的纯H2O馈电APMA-MEA电池堆中，ECO2R-to-C2H4在10A恒定电流下的系统稳定性能。插图：APMA-MEA示意图包含6个APMA-MEA电池的电池堆，用于ECO2R反应。图片来源：她等人

研究人员推出的新系统由两种不同的膜(AEM和PEM)、阴极催化剂(阶梯表面Cu)、阳极催化剂(Pt/Ti)和作为阳极电解液的纯水组成。其最显着的优点之一是不需要任何额外的化学物质来引发反应，仅使用纯H2O作为电解质。这意味着它可以很容易地扩展到工业水平。

“更令人印象深刻的是，APMAMEA架构克服了CO2与电生成的OH-反应生成碳酸盐的热力学限制，从而扩展了系统的稳定性，”Lau说。“凭借其耐用性和效率，我们的APMAMEA系统有潜力彻底改变CO2电催化技术并改变现代化石能源系统。”