Angew. Chem. ：氯离子吸附的银中空纤维安培级电流密度下高效转化CO2

发展可再生电能转化CO₂合成碳基燃料或高价值化学品的新技术,对于缓解温室效应与消纳可再生能源具有重大意义。目前，电催化CO₂还原制CO被认为是最具经济竞争力和发展前景的策略之一。这主要是由于CO是现代化工过程基础原料合成气(CO和H₂的混合物)的重要成分，经费托合成、甲醇合成等工业过程可进一步生产一系列高附加值化学品。然而，CO₂在水系电解质中溶解度有限、传质缓慢，导致高电流密度时电极附近浓差极化现象严重，CO₂供应不足，析氢副反应容易占据主导，CO₂还原反应活性低下。

近日，中科院上海高等研究院的陈为、魏伟及孙予罕研究团队在前期中空纤维银(Ag HF)电极高效电还原CO₂转化生成CO的基础上，进一步通过在电极质溶液中引入氯离子，利用低配位氯离子特征吸附功能调控Ag HF电极表面电子结构(图1)，优化电还原CO₂制CO反应的动力学过程，同时极大抑制析氢副反应的发生，实现了安培级电流密度和高CO法拉第效率的稳定运行(图2)。

图1. 低配位氯离子吸附的Ag HF结构特征

多种物理化学表征结果证实，电解液中痕量低配位氯离子吸附在Ag HF电极上，未改变其单质银的物相组成。但电化学测试结果表明，低配位氯离子吸附不仅显著提升了Ag HF电极电还原CO₂制CO的反应选择性，同时有效抑制了析氢副反应的发生，在总电流密度达1 A cm^-2的条件下稳定运行超150 h,CO法拉第效率始终大于92%。此外，系列电化学表征结合电化学现场拉曼及DFT理论模拟计算同样证实了低配位氯离子吸附通过同时抑制析氢反应和优化CO₂还原动力学来提升电还原CO₂制CO的整体活性。

图2. 低配位氯离子吸附的Ag HF电催化CO₂性能

该工作为发展兼顾高电流密度、高选择性、高稳定性电催化CO₂系统提供了一种新策略。

论文信息

Chloride Ion Adsorption Enables Ampere-Level CO₂ Electroreduction over Silver Hollow Fiber

Shoujie Li,Xiao Dong,Yonghui Zhao,Jianing Mao,Wei Chen,Aohui Chen,Yanfang Song,Guihua Li,Zheng Jiang,Prof. Wei Wei,Prof. Yuhan Sun

文章的共同第一作者是中科院上海高等研究院的李守杰、董笑和赵永慧博士。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202210432