打印近日，中国科学院上海高等研究院魏伟、陈为研究员团队设计了分步式中空纤维透散电极体系，基于其分级微纳结构的独特透散效应和氯离子调控电子结构的协同作用，在系列银、铜中空纤维透散电极上，实现了高效的C2+产物生成，其C2+产物的分电流密度达1.8 A cm-2，法拉第效率达90.5 %。该研究成果以“Highly Efficient Ampere-Level CO2 Reduction to Multicarbon Products via Stepwise Hollow-Fiber Penetration Electrodes”为题在线发表于重要期刊《应用催化B:环境》（Applied Catalysis B – Environmental, 2023, DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.122929）上。论文的第一作者为上海高研院董笑博士，上述研究工作得到了科技部催化科学重点专项、中国科学院洁净能源先导预研专项等经费支持，先进表征手段得到上海光源BL14W1线站的支持。
图1 分步式中空纤维透散电极体系高效电还原CO2示意图
通过CO2电催化还原反应将CO2升级为商品化学品和燃料已成为减少CO2排放和储存间歇性可再生能源的一种很有前途的方法，而从CO2直接合成高附加值C2+产品仍面临着不希望的析氢副反应和相对较低的多碳产物选择性等问题。使用CO替代CO2作为原料提供了一种解决这些挑战的方法：因为CO被认为是CO2电催化还原生成C2+化合物的关键反应中间体，并且CO2电还原为CO更为简便有效，且正在得到商业化部署；最近对CO电催化还原反应的研究也表明，CO可以高选择性和高反应速率转化为C2+化合物。因此，通过分步式CO2转化高效获取C2+产物具有十分重要的意义。
研究团队长期专注于电催化CO2转化利用，开展了一系列基础与应用研究，在合金、掺氮碳催化剂以及新型中空纤维透散电极电催化CO2高效合成高附加值产物等方面取得了良好进展。目前，正在与国家能源集团、宝武集团等企业合作进行不同规模技术验证与工程放大，推动CO2电还原相关研究成果尽快从实验室走向实际应用，已形成了一系列具有完全自主知识产权的CO2电还原关键技术，有望形成具有重要影响力的CO2电还原工程示范。(图/文 董笑)