不到35岁，已发超30篇Nature子刊！他，崔屹高徒，Nano Letters副主编，新发ACS Energy Lett.！

目前，电化学CO ₂ 还原反应（CO ₂ RR）的大部分研究都将CO ₂ 单次转换效率（SPCE）确定为技术实际部署的关键性能指标，但是最近有报道称CO ₂ RR中的高SPCE通常是以更高的电池电压或降低产物选择性为代价的。 基于此， 莱斯大学汪淏田教授（通讯作者）等人 报道了使用多孔固态电解质（PSE）反应器实现高CO ₂ SPCE到高纯度甲酸（HCOOH），同时保持电池电压和HCOOH的法拉第效率（FE）。 作者成功地回收了PSE系统中的碳损失，在电流密度为100 mA cm ^-2 下达到95.1±1.7%的CO ₂ 转化为HCOOH的SPCE，并证明了100 h的稳定运行。

为扩大CO ₂ RR技术的适用性，作者演示了通过电化学连续CO ₂ 捕获-CO ₂ 还原系统将连续模拟烟气（10% CO ₂ , 10% O ₂ ，平衡N ₂ ）转化为高纯度甲酸，CO ₂ SPCE达到80%以上。PSE设计能够实现本研究中的应用，但在电化学反应器中加入额外的一层会引入电阻损耗，从而降低整体能效。未来的PSE设计应该以减少中间层厚度为目标，可能是通过结合在电去离子领域开发的树脂晶圆，同时也要专注于创造更具离子导电性的PSE层。

相关工作以《Electrochemical CO ₂ Reduction to Formic Acid with High Carbon Efficiency》为题发表在最新一期《ACS Energy Letters》上。

汪淏田 ，1990年出生于安徽省宿松县，2011年本科毕业于中国科学技术大学物理系，2016年博士毕业于斯坦福大学取得应用物理系（导师崔屹院士）。在读博期间，他提出了一种独特的系统性“电化学调控”方法，可有效提高水分解和燃料电池催化剂的催化性能。在博士毕业后，他从两三百位申请者中脱颖而出，跳过了博士后阶段，直接进入哈佛大学罗兰研究所担任研究员，正式开启了自己的独立研究生涯。两年之后，进入美国莱斯大学化学与生物分子工程系任教。目前，汪淏田教授担任国际知名期刊《Nano Letters》副主编。课题组主页：https://wang.rice.edu。

据网页搜索，汪淏田教授目前已在《Nature》系列杂志发表文章超过30篇！

在PSE反应器中，BOON催化剂被证明对HCOOH具有高活性和选择性，HCOOH是NMR检测到的唯一液体产物。 在电池电压低于3.7 V下，其电流密度为200 mA cm ^-2 ，同时HCOOH法拉第效率（FE）保持在85%以上。 当输入CO ₂ 流量为20 SCCM时，在200 mA cm ^-2 下观察到的最大CO ₂ SPCE低于17%。 使用AEI后，在CO ₂ 输入1.65 SCCM（HCOOH FE为65.9%）时，最大CO ₂ SPCE达到76.8%，而使用CEI时为68.7%的CO ₂ SPCE（HCOOH FE为59%）。 在最佳粘结剂（AEI）和催化剂负载量（1 mg cm ^-2 ）的情况下，CO ₂ SPCE从34.3%提高到76.8%，CO ₂ 的输入从5.14 SCCM降低到1.65 SCCM。

图1.比较不同CO ₂ RR电解槽用于生产液体产品

图2.不回收CO ₂ 下PSE反应器中电化学CO ₂ RR性能

在100 mA cm ^-2 下，PSE反应器中HCOOH FE保持在80%以上，而输入的CO ₂ 气体流速从5.14 SCCM降低到1.65 SCCM，表明即使在减少CO ₂ 气体输入的情况下，从中间层回收CO ₂ 也可以实现高HCOOH FE。与在1.65 SCCM的CO ₂ 输入下，使用PSE反应器回收CO ₂ 损失的最大CO ₂ SPCE为95.1±1.7%（不回收时为76.8±2.6%），HCOOH FE为80.8±1.4%（不回收时为65.9±2.3%）。对于PSE CO ₂ 回收系统在100 h（5个20 h循环）内表现出出色的稳定性，HCOOH FE始终保持在80-95%，CO ₂ SPCE始终保持在47-55%。

图3. PSE反应器的电化学性能

在1 cm ² 的活性区域，总CO ₂ 输入为100 SCCM，将电流密度增加到150 mA cm ^-2 时，BOON催化剂可以在-0.95 V下提供高达150 mA cm ^-2 的电流密度，HCOO ^- 的FE为86%。将施加的电流密度固定在100 mA cm ^-2 ，并通过引入CO ₂ 和Ar的混合物，改变输入气体CO ₂ 浓度，从100%到10%，可以产生高纯度甲酸。在100 mA cm ^-2 下，将CO ₂ 浓度从100%降低到10%，导致HER从~3%增加到~14%，CO ₂ RR相应降低。

图4.存在O ₂ 和低CO ₂ 浓度对电化学CO ₂ RR性能的影响

作者引入了一个顺序系统，首先将模拟烟气送入CO ₂ 捕获PSE电解槽，该电解槽不断从中间层释放纯CO ₂ 气体，然后将其送入CO ₂ 还原PSE电解槽，该电解槽产生高纯度甲酸，同时回收CO ₂ 损失，以实现高CO ₂ SPCE。该系统将烟气转化为甲酸，ORR/OER电池的工作电流为50 mA cm ^-2 （总电流为312.5 mA），捕获的CO ₂ 气体被送入CO ₂ RR电池，工作电流为100 mA cm ^-2 （总电流为256 mA）。