化石燃料的燃烧是导致大气中人为二氧化碳（CO₂）水平上升的主要因素。由于二氧化碳在很大程度上造成了气候变化的不利影响，必须开发有助于全球可再生能源供应的新技术。二氧化碳的电化学还原为生产增值产品和合成燃料提供了一条可行的途径，以满足我们未来的能源需求，同时减少温室气体排放。通过构建能够调节质子转移的电催化剂，能够调整产物的选择性。先前的研究表明，可以高选择性生产二电子产物（CO和HCOOH），但多电子转移产物(CH₄、CH₃OH和C2+产物)的法拉第效率通常要低得多。

有鉴于此，美国内达华大学Christopher J. Barile等人，构建了聚合物修饰的铜电极，它表现出极高的CH₄产量(88%法拉第效率)。

本文要点

1）Nafion是一种广泛使用的含氟聚合物，通常与电催化剂混合以促进质子运输。与这些Nafion催化剂-复合材料相比，研究了覆盖Nafion涂层的电极用于CO₂还原反应。

2）通过改变厚度，衬底和电压，对Nafion覆盖层对金属和碳网电极上的CO₂还原效果进行了详细研究。根据Nafion膜的厚度，在聚合物-电解质界面或电极-聚合物界面处都会发生CO₂还原。

3）铜电极上15μm的Nafion覆盖层可通过稳定与金属结合的CO中间体，在低超电势（540 mV）下实现超高的CH₄产量（88％法拉第效率），这是电催化CO₂在室温下还原成CH₄的最高产量。

总之，该工作提出的Nafion修饰铜电极为提高CO₂还原电催化剂的选择性提供了一种新的策略，这是开发与工业相关的CO₂转化装置的关键。

参考文献：

Hanqing Pan et al. Electrochemical CO₂ reduction to methane with remarkably high Faradaic efficiency in the presence of a proton permeable membrane. Energy Environ. Sci., 2020.

DOI: 10.1039/D0EE02189J

https://doi.org/10.1039/D0EE02189J