電催化二氧化碳還原反應（CO2ER）為碳中和的可持續化學燃料生產提供了一條很有前景的解決途徑。目前的電解系統主要采用中性或堿性電解質，但由于氫氧化物（OH?）與CO2之間快速且熱力學上有利的反應，易造成碳酸鹽的累積和交叉，嚴重影響CO2利用率。近年來發展的酸性介質中的CO2ER可有效解決該“堿度問題”；但在酸性電解質中，競爭性析氫反應（HER）在動力學上占主導，這將顯著降低CO2ER轉化效率。因此，如何有效抑制HER并加速酸性CO2電解是亟待解決的關鍵問題。
基于上述考慮，浙江師范大學楊發課題組總結了酸性CO2電解的最新進展，討論了限制酸性電解質在CO2ER中應用的關鍵因素以及可能的解決策略，包括電解液微環境調控、堿金屬陽離子調節、催化層表/界面功能化、限域型納米結構設計和新型CO2電解槽開發等。此外，作者認為分子界面改性和控制CO2與質子（H+）比率是進一步科學研究的兩種有效策略。首先，分子表/界面改性可以顯著調節局部電解微環境。例如沉積在金屬電極表面上的分子或有機添加劑衍生的薄膜層能有效限制H+向陰極側的質量傳輸，并仍維持有利的CO2傳質過程。同時，特定的界面改性可以構建一個載陽離子和親水-疏水的納米通道，以保持催化劑表面的高局部堿度和陽離子富集環境。另一個可行途徑是通過最大限度地提高CO2和*CO中間體在電極表面的共吸附來削弱*H結合，降低催化劑表面的質子吸附，達到抑制酸性析氫的目的。總之，盡管酸性CO2電解的實際應用仍面臨諸多挑戰（包括動力學上有利的HER、耐酸性催化劑的設計、高效的電解槽配置和精確化的機理分析），但它一直處于研究前沿，并為實現更可持續的CO2還原技術提供了一條新的途徑。
Ting Zhang,?Jinlei Zhou,?Ting Luo,?Prof. Ji-Qing Lu,?Prof. Zhengquan Li,?Prof. Xuexiang Weng,?Prof. Fa Yang
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202301455
