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負碳技術(shù)通過捕集、貯存和利用二氧化碳來減少碳排放，有望成為實現(xiàn)碳中和的重要途徑。其中，近年來快速發(fā)展、極具應(yīng)用前景的二氧化碳電解技術(shù)受到關(guān)注。1月29日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所對外宣布，該所包信和院士、汪國雄研究員和高敦峰研究員團隊在二氧化碳/一氧化碳電解制備燃料和化學(xué)品研究中取得新進展。相關(guān)成果發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然—納米技術(shù)》上。
該研究團隊揭示了堿性膜電解器中二氧化碳/一氧化碳電催化還原反應(yīng)覆蓋度驅(qū)動的選擇性變化機制，并組裝出千瓦級電堆，可以實現(xiàn)鋼廠尾氣或者化工尾氣的高值化利用，為二氧化碳/一氧化碳電解技術(shù)從實驗室到實際應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
據(jù)介紹，通過利用可再生能源產(chǎn)生的電能，二氧化碳電解反應(yīng)可以將二氧化碳轉(zhuǎn)化為高附加值燃料和化學(xué)品。而乙烯、乙酸和乙醇等多碳產(chǎn)物具有較高的能量密度和市場需求，是理想的電解產(chǎn)物。但是，在工業(yè)級電流密度下高選擇性生成多碳產(chǎn)物仍然存在很大挑戰(zhàn)。
為解決上述問題，研究團隊基于鋼鐵工業(yè)排放出大量的二氧化碳/一氧化碳混合尾氣這一現(xiàn)狀，通過改變進料氣組成來調(diào)變堿性膜電解器陰極氧化銅催化劑的微環(huán)境，實現(xiàn)了在工業(yè)級電流密度下電解二氧化碳/一氧化碳高效制備多碳產(chǎn)物。隨著進料氣中一氧化碳壓力的增加，電解主產(chǎn)物逐漸由乙烯轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜?，且電流密度顯著增加。
為進一步驗證電解過程的可行性，研究團隊組裝了4節(jié)100平方厘米的堿性膜電堆，電解功率最高達2.85千瓦，在總電流為150安時，乙烯的生成速率為457.5毫升/分;在總電流為250安時，乙酸的生成速率為2.97克/分。
“團隊在電化學(xué)器件上進行了創(chuàng)新，研制了高性能堿性膜電解器件來電解二氧化碳/一氧化碳。”汪國雄介紹，“同時，我們通過改變反應(yīng)氣中一氧化碳分壓來調(diào)控電極催化劑微環(huán)境，揭示了反應(yīng)覆蓋度驅(qū)動的選擇性轉(zhuǎn)變機制。”該項研究不僅為單一多碳產(chǎn)物的定向生成提供了重要參考，而且為二氧化碳/一氧化碳電解從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
提及下一步研究方向，汪國雄說：“我們將進一步開展放大研究，研制大規(guī)模的堿性膜電堆和系統(tǒng)，提高在實際工況下的穩(wěn)定性，實現(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域的示范運行。”
