CO₂电还原反应有望利用可再生电力从廉价而丰富的CO₂资源生产燃料和化学品。电极表面附近的局部pH变化对电化学CO₂还原很重要，但很难研究。近日，耶鲁大学Hailiang Wang，宾夕法尼亚大学Joseph S. Francisco等开发了一种连续流拉曼电化学池，能够在反应条件下对CO₂还原气体扩散电极附近的局部pH进行实验研究。

本文要点：

1）研究发现，在零电流下，CO₂与1 M KOH电解质在界面处发生化学反应，形成HCO₃^-和CO₃^2-。阴极表面的局部pH值为7.2，HCO₃^-浓度分布向电解质中延伸了120μm的距离，这证明了使用碱性电解质引起的标称过电势降低源自阴极/电解质界面处的pH梯度层的能斯特势能。

2）此外，研究还发现，在降低电流密度高达150 mA/cm²的情况下，CO₃^2-和OH^-中和反应和pH梯度层仍会持续，尽管程度有所降低。

该工作表明，原位微区拉曼光谱法是研究工作条件下CO₂还原气体扩散电极附近的局部pH值的有效工具。使用的连续流拉曼电化学池也可适用于其它涉及气体扩散电极的反应系统。空间分辨率和拉曼灵敏度可能是局限性，但可以通过表面增强等技术来克服。

Xu Lu, et al. In-Situ Observation of the pH Gradient near the Gas Diffusion Electrode of CO₂ Reduction in Alkaline Electrolyte. J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c06779

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c06779