当有O2存在时,电解CO2还原会失败。发生这种失败的原因是,从热力学角度看,O2的还原比CO2的还原更有利。因此,在进入电解槽之前,必须从CO2进料中除去O2,这是昂贵的。
在这里,不列颠哥伦比亚大学Curtis P. Berlinguette发现,使用液体碳酸氢盐原料(例如,3.0 M KHCO3水溶液)而不是气态CO2原料,可以有效且选择性地减少CO2,而无需额外的去除O2的程序。
文章要点
1)这种效应之所以成为可能,是因为液态碳酸氢盐溶液作为液态CO2载体,将高浓度的捕获CO2输送到阴极,而O2在水介质中的低溶解度在同一阴极表面保持低O2浓度。因此,使用液态碳酸氢盐原料的电解槽在阴极创造了一个有利于二氧化碳而非氧气还原的环境。
2)通过使用100% CO2或100 %O2鼓泡的3.0 M KHCO3溶液,在100 mA cm−2下将CO2电化学转化为CO,反应选择性为65%,从而验证了这一说法。
3)使用气态CO2原料进行的类似实验表明,原料中仅0.5%的O2在电解1小时后就会使CO选择性降低>90%。研究结果表明,液体碳酸氢盐原料可以有效减少二氧化碳排放,而无需昂贵的除氧步骤。
参考文献
Douglas J.D. Pimlott, et al, Oxygen-Resistant CO2 Reduction Enabled by Electrolysis of Liquid Feedstocks, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c08930
https://doi.org/10.1021/jacs.3c08930