质子交换膜-多孔固体电解质反应器实现碳酸氢盐直接电转化制CO的高效碳捕获与利用

《Nature Communications》：A porous solid electrolyte interface enables efficient electroreduction of captured carbon to CO

　　

摘要

捕集碳物种的直接电化学转化提供了一条途径，以避免传统碳捕集与利用中热 CO₂ 释放、压缩和运输等高能耗步骤。然而，在质子交换膜（PEM）反应器中，酸性阴极环境促进了析氢反应，并限制了从（碳酸氢）盐捕集介质中再生 CO₂，导致碳利用率低和能耗高。在此，我们展示了一种用于将（碳酸氢）盐直接转化为 CO 的模块化 PEM-多孔固体电解质（PSE）反应器。利用具有原位可视化功能的透明电池，我们发现 PSE 调节了质子传输，减少了局部质子还原，限制了气泡积聚，并促进了 CO₂ 向阴极的传输。该 PEM-PSE 反应器在 200 mA cm^?2 下实现了 90% 的 CO 法拉第效率、84% 的碳效率以及约 26.0 GJ t^?1 CO 的能耗。它可在高达 800 mA cm^?2 的电流密度下运行，达到约 8.0 mmol h^?1 cm^?2 的 CO 速率。这些结果突显了在捕集碳的电化学转化过程中对质子和气体传输的调控。