中國金宝搏入口188打破二氧化碳電解選擇性和碳效率難以兼得桎梏
電催化二氧化碳還原（CO2R）是存儲間歇性可再生電能、制備高附加值碳基產品的重要方式。堿性/中性介質中CO2R的法拉第效率（FE）和電流密度雖有顯著提升，但碳酸鹽沉積限制了CO2單程轉化效率（SPCE）；酸性介質雖能避免碳酸鹽生成，卻因析氫反應動力學過快，導致氫氣選擇性極高。目前通過施加安培級電流密度構建局部堿性微環境，并引入高濃度堿金屬陽離子（≥3 M）來活化CO2和抑制析氫反應，但陽離子會阻礙質子向電極表面遷移，導致酸性體系中仍存在CO2利用率受限的(de)問題，且表面(mian)碳(tan)酸鹽(yan)累積還會引發(fa)電極穩(wen)定(ding)性下降。
近日，188bet足球高敏銳和唐凱斌課題組揭示了酸性CO2R中FE和SPCE的固有矛盾，即提升K+濃度雖可增強FE，卻會以犧牲SPCE為代價。為打破FE和SPCE的固有矛盾，研究團隊在SnO2上修飾聚酰亞胺，利用其豐富的胺基動態捕獲質子，成功在pH=1.36、K+濃度低至0.1 M的酸性體系中同時實現了95.7%的SPCE和96%的HCOOH FE。相關成果近日以“Acidic CO2Electrolysis with Near-Ideal Selectivity and Carbon Efficiency Enabled by Overcoming Its Inherent Trade-Off”為題發表于《德國(guo)應(ying)用化學》上（Angew. Chem. Int. Ed.2025, e202503539.）。論文的共同第一(yi)作者為中國(guo)金宝搏入口188博(bo)士(shi)研究生池麗萍、張玉(yu)才和(he)牛(niu)壯(zhuang)壯(zhuang)。
圖1.酸性CO2R中FE和SPCE的權衡關系示意(yi)圖。
研究人員通過電化學仿真模擬與實驗研究，探索了不同濃度的H+和K+對電極表面微環境（pH、CO2濃度和碳酸鹽比例）和CO2R性能（FE、SPCE和穩定性）的影響，揭示了酸性CO2電解體系中FE和SPCE的固有矛盾，即提升K+濃(nong)度(du)雖可增強FE，卻會以犧牲SPCE為代價（圖1）。
為克服酸性CO2R中的內在權衡，研究人員在SnO2納米顆粒上修飾聚酰亞胺（PI-SnO2），這種耐酸性胺基聚合物可通過其豐富的-N-官能團捕獲H?，從而減少電解液中自由H?濃度。他們通過HER極化曲線、原位拉曼及原位紅外測試（圖2），證實了聚酰亞胺在酸性CO2電解條件下能有效抑制H?向電極表面擴散，從而提高電極表面局域pH，促進關鍵中間體*OCHO的生成。在300 mA cm??，PI-SnO2實現了96%的HCOOH FE，且在CO2流速為1 sccm下，PI-SnO2的SPCE高達96%，超越了此前報道的堿性、中性和酸性（高K?濃度）條件下的CO2電解性能。
圖2.聚酰(xian)亞胺修(xiu)飾策略(lve)調控電極表面局域微環(huan)境。
相關(guan)研究受到國家(jia)自然科(ke)學基金委、國家(jia)重點研發計劃(hua)等項目的資(zi)助。
論文鏈接：//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202503539#
（合肥(fei)微尺度物質科學國家研究中心、科研部）
