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電催化還原CO₂是具有前景的碳中和技術路線，堿性電催化CO₂具有非常高的CO₂轉化活性，較低的電解槽電壓，價格具有優勢。但是堿性電催化還原反應過程能夠生成碳酸鹽/碳酸氫鹽物種導致CO₂損失造成更多能量消耗，這個問題導致電催化還原CO₂過程變得缺乏經濟效益。

有鑒于此，蘇州大學王昱沆教授設計了含氟化陽離子交換膜和雙極膜的三層聚合物薄膜（TPE，trilayer polymer electrolyte）促進堿性電催化CO₂RR。

本文要點

(1)

構筑的TPE三層膜材料保證催化劑附近具有非常高的堿性，而且同時保證陽離子交換膜與雙極膜的陰離子交換膜的界面具有H⁺，這種界面環境有助于CO₂還原生成多碳化合物，有助于消除碳酸鹽/碳酸氫鹽。

(2)

在260 mA cm^-2電流密度，這種TPE三層膜構筑CO₂RR電解槽C₂H₄產物的選擇性達到46 %，C₂₊的法拉第效率達到64 %。在140 mA cm^-2電流密度，CO₂轉化為C₂H₄的單程轉化率達到32 %，這個轉化率是AEM-MEA電解槽的1.3倍。

此外，當CO₂RR與甲醛氧化反應耦合，電解槽的電壓僅為2.3 V，電流密度為100 mA cm^-2，而且沒有C₂H₄的損失。

參考文獻

Jundong Wang, Yuesheng Zhang, Haoxiang Bai, Huiying Deng, Binbin Pan, Yanguang Li, Yuhang Wang, Trilayer Polymer Electrolytes Enable Carbon‐efficient CO₂ to Multicarbon Product Conversion in Alkaline Electrolyzers, Angew. Chem. Int. Ed. 2024

DOI: 10.1002/anie.202404110

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202404110