电化学还原高压CO2捕集溶液制太阳能燃料| Science Bulletin

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Efficient solar fuel production with a high-pressure CO₂-captured liquid feed

Kai Deng, Ying Zhang, Hao Feng, Ning Liu, Lushan Ma, Jingjing Duan, Yongjie Wang, Dong Liu, Qiang Li

Science Bulletin, 2022, 67(14): 1467–1476

doi: 10.1016/j.scib.2022.06.009

简介

本文提出了电化学还原高压CO₂捕集溶液制太阳能燃料的概念, 其应用于CO₂捕集-转化集成系统时, 可避免传统气相供给CO₂还原制燃料工艺中的高温条件CO₂气相再生步骤和高能耗气体产物分离步骤. 目前, 饱和CO₂溶液供给的太阳能制燃料系统需要较高的过电位来抑制析氢副反应, 导致系统的太阳能-化学能转化效率低. 这里研究人员提出了催化剂高压原位合成策略, 在高压(压力50 bar)饱和KHCO₃溶液模拟的高压CO₂捕集溶液中合成铜催化剂, 进一步将高压CO₂捕集溶液转化为燃料. 该策略结合了原位晶面调控和氧化物衍生方法, 使得铜催化剂在−0.3 V vs. RHE 的低电位下实现了95%的CO₂还原选择性. 此外, 他们还研制了太阳能光伏驱动的电化学还原高压CO₂捕集溶液制燃料原理样机, 在户外光照条件下太阳能-化学能转化效率高达21.6%,超过了文献中报道的饱和CO₂溶液供给的太阳能制燃料系统.

图文导读

Figure 1  Concept for PV-EC CO₂RR with a high-pressure CO₂-captured liquid feed. 

Figure 2   Theory of Operando synthesis in the high-pressure CO₂-captured liquid. 

Figure 3  Customized high-pressure apparatus and operando synthesized catalyst. 

Figure 4  CO₂RR performance of operando synthesized Cu catalyst with CO₂-captured liquid feeds at various pressures. 

Figure 5  Performance of the proof-of-concept device. 

Figure 6  Proof of concept for PV-EC CO₂RR with a high-pressure CO₂-captured liquid feed. 

通讯作者

刘东  南京理工大学能源与动力工程学院教授. 研究方向: 微纳尺度热物性与传热传质.

李强 南京理工大学能源与动力工程学院教授. 研究方向: 传热传质及强化、系统热控技术.   

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