[Nat. Commun.] 金气体扩散电极上CO2高选择性还原

通讯作者：Klaas Jan P. Schouten；Marc T. M. Koper

通讯单位：阿姆斯特丹大学；莱顿大学

CO2电化学还原为CO是一种很有前景的技术，可取代使用化石燃料。尽管如此，低能效阻碍了商业规模化的CO生产。大部分的CO2电解主要在中性或碱性介质中进行，在酸性介质中相对较少，但是也可以实现对CO的高选择性。

近日，阿姆斯特丹大学的Klaas Jan P.Schouten和莱顿大学的Marc T. M. Koper教授合作研究了10 cm2金气体扩散电极在工业相关条件下（pH2-4）电解CO2的可行性。在200mA cm-2的电流密度下，可获得了80-90%的CO法拉第效率，与中性介质相比，整体工艺能效提高了30%。相关工作以“Efficiency and selectivity of CO2 reduction to CO on gold gas diffusion electrodes in acidic media”为题发表在Nature Communications上。

图1. CO2电解。金气体扩散电极系统的示意图。

高CO2还原速率（即高电流密度）能够产生足够的OH-以在质子到达催化剂层前中和质子阻碍其还原，在pH2、200mA cm-2下对CO具有高选择性。
在电解质中使用弱水合阳离子，如Cs+和K+，对于确保酸性介质中的高CO2还原活性至关重要。
在硫酸盐电解质的低pH值下可实现相当低的电池电位，从而在200 mA cm-2下运行时节能高达30%。该工作为酸性CO2电解槽的开发开辟了一条新途径。
图2. pH值和阳离子特性对CO2电解的影响：（a）CO的法拉第效率和（b）电池电位。在1 M Cs2SO4（红色）或1 M Li2SO4（灰度）中进行电解，催化剂负载量为2 mgcm-2。

图3. 具有不同催化剂负载量的GDE的表征：（a、b）SEM图片、（c、d）EDX元素图和（e、f）1 mg cm-2和2 mgcm-2负载的金GDE的示意图。

参考文献：

Mariana C. O. Monteiro, Matthew F. Philips, Klaas Jan P. Schouten, Marc T. M. Koper, Efficiency and selectivity of CO2 reduction to CO on gold gas diffusion electrodes in acidic media, Nat. Commun. 2021, https://www.nature.com/articles/s41467-021-24936-6.

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