电化学混合流动池中空间隔离吩嗪电极实现高效直接空气捕获CO2

电化学CO2捕获技术面临氧化还原有机分子被O2氧化的难题。研究人员开发了一种采用空间隔离设计的吩嗪混合流动池系统，通过固态聚(吩嗪硫醚)电极实现pH摆动式直接空气捕获(DAC)，在含氧环境中保持99%库伦效率，能耗低至73-104 kJ·mol?1 CO2，为规避电化学副反应提供新范式。

　　

这项突破性研究展示了一种创新的电化学混合流动池设计，巧妙解决了直接空气捕获(direct air capture, DAC)技术中的关键瓶颈问题。通过采用空间隔离策略，研究人员将氧敏感性的还原态吩嗪(phenazine)电极与空气物理分隔，同时利用循环聚(吩嗪硫醚)材料构建固态电极，成功阻断了大气氧(O₂)对活性分子的氧化破坏。

该系统实现了令人瞩目的性能指标：在模拟烟道气和真实空气两种场景下，分别仅需73 kJ·mol^?1和104 kJ·mol^?1的CO₂捕获能耗，同时保持高达99%的库伦效率(Coulombic efficiency)。这种基于pH摆动(pH swing)的捕获机制，通过吩嗪分子的可逆质子耦合电子转移(proton-coupled electron transfer, PCET)反应驱动，展现出优异的氧环境兼容性。

该技术突破不仅为清洁电力驱动的碳捕集提供了高效解决方案，其"空间隔离脆弱物种"的核心设计理念，更可推广至其他需要避免副反应的电化学装置领域，例如燃料电池或有机氧化还原液流电池系统。研究团队特别指出，这种模块化流动池架构为实现规模化DAC应用奠定了重要基础。