图 质子交换膜二氧化碳还原系统及电化学性能
在国家自然科学基金项目（批准号：22325901、22075092）资助下，华中科技大学夏宝玉教授等在二氧化碳电解研究领域取得新进展。研究成果以“质子交换膜系统中稳定的CO2转化（Durable CO2 conversion in the proton-exchange membrane system）”为题，于2024年1月31日发表在《自然》（Nature）杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06917-5。
发展先进二氧化碳电解技术对于推进“双碳”战略和可持续社会发展具有重要意义，但仍面临工况条件下材料与系统的服役水平与寿命的重大挑战。针对上述难题，夏宝玉教授团队聚焦能源材料腐蚀问题，发现电解体系中各组件差异性腐蚀退化是影响整体系统寿命的重要因素。团队通过对关键催化材料、膜电极系统，以及电极反应协同性等研究，构筑了新型质子交换膜二氧化碳电解系统，实现了二氧化碳电解高效长寿命服役。该电解系统在3.6 V槽压下实现了20 A的电流，甲酸法拉第效率在90%以上，并能连续稳定运行5000小时以上。密度泛函理论计算以及同位素示踪实验表明，新的动态固相诱导的晶格碳活化机制促进了该过程的二氧化碳高效转化。最后，经济技术分析结果初步验证了该方法的经济可行性。这项研究不仅推进了二氧化碳电解技术的发展，同时也为“双碳”战略实施提供了材料基础和技术支持。