Electrocatalytic CO2 reduction and CO2/5-hydroxymethylfurfural co-conversion under ampere-level current densities

电化学二氧化碳（CO2）还原反应通常伴随动力学缓慢的阳极析氧反应，不仅导致阳极产物附加值低，还大幅提升了整体反应的能耗与成本。为提升CO2还原反应的经济可行性，实现两个电化学半反应的双端增值化学品联产成为关键方向。然而，要在阴阳两极半电池中同时实现高转化效率与高产物选择性，仍是该领域的一大挑战。本工作通过原位电化学法构筑了超薄氮掺杂铋纳米片（N-BiNS）催化剂（厚度2.41 nm），能够实现安培级电流密度下CO2高选择性电还原为甲酸；进一步以氮掺杂铋纳米片为阴极、镍铁层状双氢氧化物修饰的自支撑泡沫镍为阳极，构建了阴极CO2还原反应与阳极5 - 羟甲基糠醛氧化反应耦合的电化学体系。该体系在0.7 A cm-2 的工业级电流密度下，可实现甲酸法拉第效率达98.1%、2,5 - 呋喃二甲酸法拉第效率达91.0%。该电化学耦合体系展现出优异的反应活性与产物选择性，为工业级电流密度下CO2与生物质平台分子的高效协同转化提供了新体系与技术路径。