研究實現一氧化碳高效電解制多碳燃料和化學品

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員高敦峰、研究員汪國雄、包信和院士等在一氧化碳電催化轉化方面取得新進展，實現了高活性、高選擇性和高穩定性一氧化碳電解制多碳（C₂₊）燃料和化學品。相關成果發表在《自然-通訊》。

利用煤、天然氣和生物質衍生的一氧化碳合成乙烯等高值燃料和化學品是一條重要的非石油路線。費托合成等傳統的一氧化碳熱催化轉化路線需要通過水氣變換反應提高氫氣/一氧化碳比例，排放出大量二氧化碳。此外，在合成氣轉化反應中通常有20%至50%的一氧化碳轉化為二氧化碳和甲烷，進一步增加了碳排放。因此，亟需發展更加綠色、可持續的一氧化碳催化轉化新路線。

可再生能源驅動的電催化過程以水作為氫源，可在溫和條件下實現一氧化碳電解轉化，同時利用還原電極電勢條件在根本上阻止了一氧化碳分子向二氧化碳轉化的副反應路徑。本工作中，團隊利用具有高密度晶界的銅催化劑和堿性膜電極電解器/電堆，實現了高效一氧化碳電解制C₂₊產物。在總電流密度為5A/cm²時，C₂₊產物法拉第效率達到87%，沒有二氧化碳和甲烷等C₁產物生成，C₂₊產物收率達到85%。該過程電解性能高，與熱催化合成氣轉化相比具有更高的一氧化碳轉化速率和C₂₊收率。團隊進一步組裝了5節100cm²的堿性膜電堆，其電解功率最高達到5.8kW，在總電流為400A時，C₂₊生成速率為118.9mmol/min，乙烯生成速率達到1.2L/min。

該研究表明一氧化碳電解是一氧化碳催化轉化制高值C₂₊燃料和化學品的一條實用路線。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-49095-2