图 （a）纯水CO2膜电解器的结构示意图；（b）与文献中报道的乙烯净电流密度及电解槽压比较
在国家自然科学基金项目（批准号：92045302、21991150、21991154）等资助下，武汉大学庄林课题组在基于碱性聚合物电解质的CO2电解转化制乙烯研究方面取得进展。研究成果以“双功能离子聚合物用于工业级电流密度纯水CO2共电解制乙烯（Bifunctional ionomers for efficient co-electrolysis of CO2 and pure water towards ethylene production at industrial-scale current densities）”为题，于2022年8月18日发表在《自然·能源》（Nature Energy）杂志上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41560-022-01092-9。
利用可再生能源将CO2规模转化为高值化学品和燃料是当前备受关注的研究热点，也是实现我国提出“双碳”目标的一个重要途径。CO2电解转化能否最终发展成工业技术，目前面临的一个实际挑战是电解过程中会消耗KOH溶液。使用KOH溶液能够保障电解在强碱环境中进行，抑制氢析出副反应，提升C2+产物（如乙烯）的选择性。但CO2会与KOH反应生成溶解度较低的碳酸盐，一方面需要不断更新KOH电解液；另一方面碳酸盐会析出并堵塞气体电极，引起传质问题，从而导致高的技术复杂性和成本。
为了摆脱对强碱环境的依赖，该团队设计了一种双功能离子聚合物，既可作为电解质传导离子，聚合物上的羰基在负电势下又具有活化CO2的作用。完全不使用/消耗液态电解质，以安培每平方厘米的工业级电流密度将CO2高选择性地转化为乙烯（法拉第效率>40%）。上述实验表明，该团队成功实现了“表面化学场耦合电催化”理念在器件上的应用（图）。