CO2电解新进展！研究碱性阳离子，成就一篇EES

作者：Sahil Garg等；

作者单位：丹麦科技大学；

研究内容

在膜电极组件（MEA）电解槽中，电催化CO₂还原反应可以将CO₂转化为可持续的化学物质和燃料。然而，由于MEA中的阴极溢流和盐沉淀问题使其稳定性差，这成为该技术商业化的重大挑战。近日，丹麦技术大学Brian Seger等人深入研究了碱性阳离子如何影响膜电极组件电解槽中的盐沉淀和CO₂电解性能。

本文要点

1) 与高溶解度盐相比，低溶解度盐在催化过程中盐晶体沉积速度快，限制了CO₂进入催化剂，从而增强HER。

2) 使用可溶性高的Cs盐可防止盐沉淀并缓解气体扩散层的溢流。

3) 本项研究可指导相关方向的研究人员采用以下方法来避免盐沉淀：①从钾基转换到铯基; ②开发更容易发生阳离子交叉，并对氢氧化物/碳酸盐具有高度导电性的AEMs;③因为碱性碳酸盐更容易溶解，所以在高温(在40至80℃之间)下进行研究。

 图1：(a) MEA CO₂电解槽示意图；(b)阴极GDE上OH^-、CO₂、HCO₃^2-/CO₃^2-的浓度和盐的析出率随电流密度的变化(虚线为实验推测)；(c)碱性碳酸盐/碳酸氢盐的溶解度。

 图2：(a) CO2RR和HER选择性的变化；(b)阳极处的CO2/O2比值。 

图3：(a)电池电位；(b)盐沉淀强度的变化；(c)气体CO₂RR产物和MEA中的HER选择性随0.1M LiHCO₃电解时间的变化。

图4：(a)电池电位；(b) NaHCO₃盐沉淀强度的变化；(c) Na₂CO₃盐沉淀强度的变化；(d)气体CO₂RR产物和HER选择性；(e) 0.1MNaHCO₃阳极液电解MEA中阳极CO₂/O₂比的变化。 

图5：(a)电池电位；(b)电解质/水的演化；(c)盐沉淀；(d) MEA中气态CO₂RR/HER选择性随电解时间的变化。 图6：对比分析不同碱阳离子实验中催化剂层顶部背景信号(电解质/水含量)随电解时间的变化。 

图7：（a)第一次HER峰值时间的变化；（b) CO和（c) C₂H₄对阴极电解时间的选择性与阳极液中不同KHCO₃浓度变化。 

图8：(a)在200 mA.cm^-2下，在0.1 M KHCO₃和水之间切换阳极液时，CO₂RR产物选择性和电池电位的变化。(b)和(c)中所示的实验是在传统的H型电池中进行。 

图9：a)电解过程中GDE中盐的形成和电解质渗透的示意图; b)盐沉淀与碳酸盐岩溶解现象相互作用的定性显示。

参考文献

How alkali cations affect salt precipitation and CO2 electrolysis performance in membrane electrode assembly electrolyzers。

DOI: 10.1039/x0xx00000x；

文献链接：https://doi.org/10.1039/D2EE03725D。

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