酸性气体调控实现CO2 电化学还原反应的超长稳定运行

《SCIENCE》：Acid-humidified CO2 gas input for stable electrochemical CO2 reduction reaction

为解决电化学二氧化碳还原反应(CO2 RR)中盐结晶导致的稳定性难题，研究人员创新性地采用挥发性酸(如HCl/HNO3 )替代传统水蒸气对CO2 进行加湿处理。该方法在100 cm2 膜电极组件(MEA)电解槽中实现4500小时连续稳定运行，CO法拉第效率(FE)保持80%以上，为CO2 资源化利用技术商业化提供突破性解决方案。

　　

这项突破性研究揭示了电化学二氧化碳还原反应(CO₂
RR)中令人头疼的盐结晶问题。传统采用水蒸气加湿的CO₂
气体在膜电极组件(MEA)电解槽中运行时，阴极室会形成难溶的碳酸氢钾(KHCO₃
)结晶，就像血管中的"血栓"一样堵塞气体扩散电极(GDE)的孔隙，导致系统在200-500小时内失效。

研究团队脑洞大开地提出"酸性气体疗法"——让CO₂
先通过含挥发性酸(盐酸、硝酸等)的鼓泡器，携带微量酸蒸气进入反应体系。这些酸性"小帮手"能巧妙地将难溶盐转化为可溶性钾盐，就像给管道添加了"防垢剂"。在银纳米颗粒(Ag-NP)催化剂作用下，使用0.2 M HCl处理的系统实现了>1000小时稳定运行，CO法拉第效率(FE)始终高于90%，比传统方法延长5倍以上。

更令人振奋的是，当把电解槽放大到100 cm²
时，硝酸蒸气处理的系统创造了4500小时超长稳定记录，每小时可生产3.8升CO气体，电压衰减微乎其微。这种方法还具有"广谱适用性"，在氧化锌(ZnO)、氧化铋(Bi₂
O₃
)和氧化亚铜(Cu₂
O)等催化剂体系中都展现出卓越效果。该研究为CO₂
资源化利用技术走向工业化扫清了关键障碍。