Strategies of improving carbon utilization efficiency in electrocatalytic CO<sub>2</sub> reduction

可再生能源驱动的二氧化碳(CO2)电催化还原制燃料和化学品是实现国家双碳战略目标的一条重要途径. 当前发展相对成熟的碱性CO2电催化还原技术面临着严重的碳损失问题. 本文聚焦面向实际应用的膜电极CO2电解器, 深入分析碳损失的来源，并探讨通过优化反应路线提高碳利用率的创新性策略, 包括发展酸性、双极膜、酸碱串联、高低温串联、全液相阳极替代反应、CO2原位回收等CO2电催化还原的新反应路线, 以避免CO2转化为碳酸盐或者原位回收跨膜迁移的CO2. 这些策略在一定程度上提高了CO2利用率, 但也不同程度地降低了法拉第效率、电流密度、能量效率、稳定性等其它性能指标. 未来研究应将电解器设计与催化剂和电极结构设计有机结合起来, 实现从宏观到介观、微观层次上的跨尺度关联和设计, 在碱性膜电极CO2电解器优异性能的基础上, 进一步提高CO2利用率.