电催化还原CO₂是具有前景的碳中和技术路线，碱性电催化CO₂具有非常高的CO₂转化活性，较低的电解槽电压，价格具有优势。但是碱性电催化还原反应过程能够生成碳酸盐/碳酸氢盐物种导致CO₂损失造成更多能量消耗，这个问题导致电催化还原CO₂过程变得缺乏经济效益。

有鉴于此，苏州大学王昱沆教授设计了含氟化阳离子交换膜和双极膜的三层聚合物薄膜（TPE，trilayer polymer electrolyte）促进碱性电催化CO₂RR。

本文要点

(1)

构筑的TPE三层膜材料保证催化剂附近具有非常高的碱性，而且同时保证阳离子交换膜与双极膜的阴离子交换膜的界面具有H⁺，这种界面环境有助于CO₂还原生成多碳化合物，有助于消除碳酸盐/碳酸氢盐。

(2)

在260 mA cm^-2电流密度，这种TPE三层膜构筑CO₂RR电解槽C₂H₄产物的选择性达到46 %，C₂₊的法拉第效率达到64 %。在140 mA cm^-2电流密度，CO₂转化为C₂H₄的单程转化率达到32 %，这个转化率是AEM-MEA电解槽的1.3倍。

此外，当CO₂RR与甲醛氧化反应耦合，电解槽的电压仅为2.3 V，电流密度为100 mA cm^-2，而且没有C₂H₄的损失。

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Jundong Wang, Yuesheng Zhang, Haoxiang Bai, Huiying Deng, Binbin Pan, Yanguang Li, Yuhang Wang, Trilayer Polymer Electrolytes Enable Carbon‐efficient CO₂ to Multicarbon Product Conversion in Alkaline Electrolyzers, Angew. Chem. Int. Ed. 2024

DOI: 10.1002/anie.202404110

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202404110