CO2电还原（CO2RR）提供了一条将废物排放转化为乙烯（C2H4）等增值化学品的有效途径。然而，CO2直接转化为C2H4会从损失CO2转化为碳酸盐，消耗高达72％的能量。
近日，加拿大多伦多大学David Sinton，Edward H. Sargent报道了将固体氧化物CO2-to-CO电化学电池（SOEC）与所设计的高性能CO-t o-C2H4膜电极组件（CORR MEA）系统相结合，开发了一种将CO2转化为C2H4的级联方法，避免了碳酸盐的形成和相关的能量损失。
文章要点
1）研究人员设计了一种由金属Cu，N-甲苯基-四氢联吡啶和SSC离聚体组成的层状催化剂结构，在MEA电解槽中实现了CO快速高效转化为C2H4。每层的多功能性将器件C2H4 FE提高到65%，在宽电流密度范围内全电池C2H4 EE为28%，而裸露和单层催化剂结构的FEs不足50%。
2）为了促进端到端的CO2转化过程而不损失CO2为碳酸盐，研究人员在MEA电解槽配对了用于CO2到CO转化的SOEC。利用SOEC产生的CO流，MEA系统可以1.3 mmol h-1的峰值速率生成C2H4，并保持40 h的连续运行。整个级联系统需要约138 GJ（ton C2H4）-1，相比于CO2到C2H4直接一步转化路线（约267GJ（吨C2H4）-1），节省了大量资金。
3）研究人员开发了一种进一步降低MEA能耗的方法，将OER阳极转换为GOR。因此，级联SOEC-MEA系统进一步只需要约89 GJ（ton C2H4）-1的总能量需求。
参考文献
Ozden et al., Cascade CO2electroreduction enables efficient carbonate-free production of ethylene, Joule (2021)
DOI：10.1016/j.joule.2021.01.007
https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.01.007
