第一作者：Jun Li

通讯作者：崔屹

通讯单位：斯坦福大学（美国）

研究亮点：

模拟肺泡结构构建了三相界面电催化CO₂还原系统，使得高浓度CO2可以有效传递到催化剂表面并实现高效电催化还原！

电催化还原CO₂，已经成为了各国科学家的新宠。不仅能够实现CO₂减排，还能制造更多有用化学品，何乐而不为！近年来，电催化还原CO₂方面的研究不可谓不迅猛，催化剂活性和选择性不可谓不高。

问题在于：CO₂在水中溶解度极小，如何能让高浓度CO₂有效到达催化剂表面以实现更高的效率？

有鉴于此，斯坦福大学崔屹教授团队模仿肺泡结构设计了一种双层仿生人工肺泡，用于三相界面CO₂电催化还原系统。

图1. 人工肺仿生的Au/PE催化系统

借助于肺泡结构中气体透过性高和水扩散性低的特点以及其中CO₂和O₂传递机理，研究人员构建了一种双层的三相催化界面阵列。阵列由高度柔性的疏水、高气体透过性的纳孔PE膜和溅射的Au纳米催化剂层构成。

柔性、疏水、高气体透过性的纳孔PE膜用于CO₂传质，同时疏水特性使得PE膜可以在Au/CO₂/H₂O气固液三相界面提供更多的活性位点；除此之外，人工肺泡还可以实现局部pH调控，在不同的CO₂流动速度条件下，催化剂表面可以都能确保高的碱性。

在电催化还原制CO的过程中，以20-80 nm厚的Au纳米催化剂层和12 μm厚的PE膜构建的独特仿生结构，实现了高达92%的法拉第效率，几何电流密度达到25.5 mA cm^-2（-0.6V vs RHE）。

图2. Au/PE膜结构表征以及CO₂电催化还原性能

图3. 不同CO₂流动速率条件下的电催化还原性能

图4. 各种不同Au/PE膜的CO₂还原和水还原性能对比

总之，这项研究为CO₂电催化还原提供了新的思路！

参考文献：

Jun Li, Guangxu Chen, Yi Cui et al. Efficient electrocatalytic CO₂ reduction on a three-phase interface. Nature Catalysis 2018.

DOI: 10.1038/s41929-018-0108-3

https://www.nature.com/articles/s41929-018-0108-3#Abs1