院士领衔！电催化，最新Nature Energy！

第一作者：Panagiotis Papangelakis，Rui Kai Miao，Ruihu Lu，Hanqi Liu，Xi Wang

通讯作者：David Sinton， 王子运，李俊

通讯单位：多伦多大学，奥克兰大学，上海交通大学

工业烟道气中高浓度的CO ₂ 使这些点源成为可再生能源电催化CO2还原转化为高价值产品。然而，普通烟道气中的痕量SO ₂ 会迅速且不可逆地使催化剂中毒。本 研究针对工业烟气中高浓度CO ₂ 的电催化转化，特别是针对烟气中微量SO ₂ 对催化剂的快速且不可逆的毒化问题。

研究团队开发了一种聚合物/催化剂/ 离聚物异质结催化剂 ，通过限制电化学活性位点附近的氢吸附来钝化SO ₂ ，从而实现高效的CO ₂ 转化。该系统在含有400 ppm SO ₂ 的CO ₂ 气流中，转化为多碳产品的法拉第效率（FE）保持在50%左右，持续时间超过150小时。

此外，将这一策略扩展到高表面积复合催化剂，实现了84%的法拉第效率，高达790 mA cm ^–2 的局部电流密度和约25%的能量效率。

图文导读

图1：二氧化碳气体处理。

图2：调查SO ₂ 中毒机制，包括不同SO ₂ 浓度下电解稀薄CO ₂ （50%，与N ₂ 平衡）的产物选择性分布。

图3：SO ₂ 耐受性CO ₂ 电解在改性平面Cu电极上的性能。

图4：CO ₂ 和SO ₂ 共电解的改性块状Cu电极的结构和性能，包括电极的制备和不同条件下的产物选择性。

总结展望

本研究成功解决了工业烟气中SO ₂ 对CO ₂ 还原催化剂的毒化问题，通过创新的聚合物/催化剂/ 离聚物异质结 设计，显著提高了催化剂的SO ₂ 耐受性，并在含有SO ₂ 的条件下实现了高效、稳定的CO ₂ 转化为多碳产品。

本工作不仅展示了在实际工业烟气条件下进行CO ₂ 电解的可能性，而且提供了一种具有成本效益和能源效率的CO ₂ 转化新途径，为实现工业规模的CO ₂ 还原和利用开辟了新的视野。

文献信息

标题：Improving the SO ₂ tolerance of CO ₂ reduction electrocatalysts using a polymer/catalyst/ionomer heterojunction design

期刊：Nature Energy

DOI：10.1038/s41560-024-01577-9

David Sinton ， 多伦多大学机械与工业工程系教授，也是加拿大能源与流体研究主席。他是气候正能源倡议的学术主任，也是CANSTOREnergy NFRF-T 研究项目的主任。 是加拿大机械工程学会、美国机械工程师学会、加拿大工程研究所、美国科学促进会、加拿大工程院和加拿大皇家学会的研究员。 研究领域为热流体，材料。