电化学CO2还原（CO2RR）为CO是一种很有前途的替代化石燃料生产工艺的技术。尽管如此，电化学CO2RR低能效阻碍了严重CO的商业化生产。目前，CO2电解主要在中性或碱性介质中进行，但最近的研究工作表明，在酸性介质中也可以实现对CO的高选择性。
近日，荷兰莱顿大学Marc T. M. Koper，阿姆斯特丹大学Klaas Jan P. Schouten报道了尽管CO2RR的大量研究都集中在开发性能更佳的阴极催化剂上，但电解质设计，特别是在酸性介质中，可以显著降低电池电位，从而提高能源效率，而不会影响CO的法拉第效率（FE）。
文章要点
1）根据最近在理想化小尺度DEM测量中的观察结果，在合适的条件下可以抑制CO2RR期间的质子还原。实验结果显示，在电流密度高达200 mA cm−2的金气扩散电极上，CO的FEs在80-90%之间，突出了在酸性介质中进行CO2电解的可行性。
2）在这些工业相关条件下，高CO2还原速率（即高电流密度）导致产生足够的OH−，以便在质子到达催化层之前将其中和。这阻碍了质子还原，即使在pH为2，电流密度为200mA cm−2时，对CO也具有很高的选择性。此外，研究发现，在电解质中使用弱水合阳离子，如Cs+和K+，是确保酸性介质中高CO2RR活性的关键。考虑到工业规模的操作，必须在性能和成本之间进行权衡， 采用K+硫酸盐比较合适。
3）研究发现，通过在酸性和中性介质中的比较，在低pH的硫酸盐电解液中可以获得相当低的电池电位，在200 mA cm−2下运行可以节省30%的能量。此外，进一步的研究可降低能源成本，实现更高的电流密度，并充分优化工艺。
研究工作为酸性介质中电化学CO2还原的发展开辟了一条新的道路。
参考文献
Monteiro, M.C.O., Philips, M.F., Schouten, K.J.P. et al. Efficiency and selectivity of CO2 reduction to CO on gold gas diffusion electrodes in acidic media. Nat Commun 12, 4943 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-24936-6
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24936-6
