邱介山课题组：电还原二氧化碳制燃料或高附加值化学品之革新策略

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电化学还原二氧化碳（CO2RR）作为一种新兴的二氧化碳转化技术，可以将CO2转化为燃料或高附加值化学品（如碳氢化合物和含氧化合物）。然而，目前CO2RR由于其受限于低电流密度、低CO2利用率和转化率以及较低的能量转换效率，无法满足工业级应用的需要。为了达到其实际应用水平，仅仅着眼于催化剂的设计是无法实现的。因此，需要将视角上升到系统层面对CO2RR体系进行合理的设计和优化。大连理工大学精细化工国家重点实验室邱介山教授领导的团队总结了CO2RR体系创新的设计策略(Energy Environ. Sci. 2021, 14, 765-780)，具体要点包括：串联催化剂、三维自支撑电极、电解液（氯化钠溶液或者海水，高浓度盐水，固态电解质等）、电解槽以及二氧化碳杂化电解。针对各组成部分的未来发展和面临的挑战，也提出了相应的见解和展望。该篇综述将为CO2RR体系革新设计提供系统指导，同时能够启发和激励更多研究者发展创新的设计策略，以期集思广益，共同努力，最终实现CO2RR系统性能的全面优化和提升。

        总之，上述工作中呈现的新想法和见解都有助于进一步推动CO2RR快速发展。但需要特别强调是，GDE或3D自支撑电极、膜、催化剂的开发和优化是未来实现工业化应用的关键，需要特别关注。然而，在某些特定的方面，对于研究者来说，也存在一些机遇和挑战。首先，借助各种原位技术，如表面增强拉曼光谱、表面增强红外吸收光谱等技术，解耦在串联催化剂上的复杂反应过程，确定真正的活性位点，加深对于催化机理的认识，以进一步指导串联催化剂的设计和合成。其次，开发可在海水中稳定操作并能高选择性的产生高附加值燃料的电催化剂，推动海水中二氧化碳电解的发展。设计和开发具有CO2捕集和分离功能的自支撑膜电极，实现二氧化碳气体捕获和转化于一体。最后，提高三维自支撑电极的力学性能，以满足较高的气体压力和较快的气体流速等操作条件。同时，在微纳米尺度上，利用先进的3D打印技术，设计和优化3D自支撑电极上的传质通道，以进一步提高传质速率，实现工业级电流密度。完善和发展电解槽内流体流动模型和电极上双电层结构模型，以指导电解槽和电极结构的设计。对于CO2杂化电解，仍然迫切需要开发高活性，高稳定性的阳极氧化催化剂，以真正实现两翼齐飞！
         文章来源：大连理工大学
         邱介山, 化工学院教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授、国务院政府津贴专家、国家“有突出贡献中青年专家”及国家“百千万人才工程”人选、全国化工优秀科技工作者、全国百篇优秀博士论文指导教师。主要从事材料化工、能源化工等方面的研究。承担完成或正在实施各类课题60余项，包括国家自然科学基金杰出青年基金项目、3项国家自然科学基金重点课题等。研究工作获德国拜尔公司、瑞士加铝公司、日本三菱公司、香港中华煤气公司等国际著名企业资助。