资源化利用二氧化碳有了新“膜”法
新华社天津10月28日电（记者张建新、栗雅婷）近日，我国科研人员在酸性膜电极电催化二氧化碳还原领域取得新进展。科研团队提出采用多孔膜替代离子交换膜，在酸性条件下实现了高选择性、长稳定性的电催化二氧化碳转化，为二氧化碳资源化利用提供了新的解决方案。
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该研究成果由南开大学电子信息与光学工程学院罗景山教授课题组取得，并于近日发表于《自然·通讯》上。
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二氧化碳是当前主要的温室气体。如何能将二氧化碳“变废为宝”，是实现碳达峰、碳中和的关键。长期以来，零间隙膜电极二氧化碳电解槽因能量效率高和集成度高而被视为二氧化碳转化利用的重要方向。然而，零间隙膜电极电解槽运行过程中通常面临析盐、渗水及析氢副反应等问题，稳定性与碳利用率难以兼顾。
“就像日常生活中烧水壶结水垢一样，电解槽中出现的‘水垢’容易堵塞管道、损坏设备，导致反应很快中断，非常不稳定。”研究团队成员、南开大学电子信息与光学工程学院2022级博士生魏世蕾解释道。
离子交换膜（左）与多孔膜（右）在电场中的传输特性示意图。新华社发
针对这一挑战，团队提出更换核心“过滤部件”，采用多孔膜替代传统离子交换膜，构建酸性体系下的零间隙膜电极电解槽，选用合适孔径与适当亲水性的多孔膜实现物质传输平衡，从根本上改善反应环境。这一设计有效抑制了析盐与析氢副反应，使系统在高电流密度下仍能保持优异性能。
实验结果显示，在酸性电解液条件下，多孔膜电解槽在400 mA cm-2电流密度下的一氧化碳法拉第效率高达85%，显著优于离子交换膜系统。
同时，研究团队实现了连续运行200小时的长期稳定性测试，二氧化碳还原产物中一氧化碳比例接近100%，氢气副产物极少，且未出现析盐现象。在100cm2大面积电解槽测试中，装置依然能稳定运行超过120小时，二氧化碳还原产物中一氧化碳比例保持在约90%，充分验证了该技术的可扩展性与工业应用潜力。
“这项成果为酸性膜电极二氧化碳还原电解槽提供了新的膜使用及设计策略，为未来实现高附加值碳基燃料与化学品的电合成奠定了基础。”罗景山说。
【责任编辑:焦鹏】
