中科院上海高研院攻克二氧化碳电催化难题，实现高效转化制甲酸

中科院上海高研院攻克二氧化碳电催化难题，实现高效转化制甲酸

近日，中国科学院上海高等研究院魏伟、陈为、宋艳芳团队在二氧化碳（CO2）电催化转化领域取得重大突破。研究团队开发了一种新型催化电极，在中性条件下实现了安培级电流密度下高效电催化CO2转化制甲酸。这一突破性成果为实现“碳中和”目标提供了新的技术路径。

随着全球经济增长和社会快速发展，化石燃料过度使用导致空气中CO2浓度逐年递增，引发严重的环境污染与气候变化问题。CO2电解技术可以在可再生电力驱动下将CO2转化为高附加值化学品和燃料，因此被视为一种新型负碳技术，对于构建人工碳循环体系、推进“碳达峰、碳中和”战略具有重要意义。

研究团队设计并制备了一种新型催化电极，该电极以三维中空镍纤维为基底，表面负载氯掺杂的二氧化锡（SnO2）纳米花。这种独特的结构设计和材料改性策略带来了显著的性能提升：

• 在电流密度为2 A cm-2时，实现了99%的甲酸法拉第效率和93%的CO2单程转化率
• 在电流密度为3 A cm-2时，甲酸法拉第效率在520小时内保持在94%以上
• 通过中空纤维的透散效应增强传质，与稳定的Sn4+基团和Sn-Cl键协同作用提高CO2转化活性
• 氯掺杂为二氧化锡传递电子，增强CO2吸附能力，降低关键中间体*OCHO生成的反应能垒

与现有技术相比，该研究具有以下显著优势：

1. 中性条件运行：避免了碱性环境下碳酸盐沉积和穿梭问题，提高了系统稳定性和寿命
2. 高电流密度：实现了安培级电流密度下的高效转化，突破了传统技术的电流密度限制
3. 优异的选择性：在高电流密度下仍能保持极高的甲酸选择性
4. 长寿命：在高电流密度下表现出优异的稳定性

该技术具有广阔的应用前景：

• 生产高附加值化学品：甲酸是重要的化工原料，广泛应用于化工、医药、农业和能源等领域
• 储能载体：甲酸可作为氢源存储媒介，缓解可再生能源波动性问题
• 工业应用潜力：研究团队正在与相关企业合作，进行技术验证与工程放大

这一突破性研究成果不仅为CO2电催化转化提供了新的思路，也为实现“双碳”目标提供了有力的技术支撑。随着技术的进一步优化和规模化应用，有望在不久的将来看到这项技术从实验室走向实际应用，为全球碳减排事业作出重要贡献。