考虑到纯CO₂的气调过程费用昂贵，低浓度CO₂的直接转化具有重要意义，但目前人们尚未在膜电极组件（MEA）电解槽中对其进行深入研究。

近日，韩国科学技术研究院（KIST）Da Hye Won，Ung Lee，韩国基础科学研究所（IBS）Yun Jeong Hwang报道了Ni-N/C是一种极有前途的催化剂，特别是在零间隙MEA电解槽中低浓度CO₂进料条件下。

文章要点

1）在MEA中，固有活性和外部传质都是维持高FE_CO的重要因素。即使在低浓度CO₂下，与Ag NP相比，NiN/C催化剂在MEA中获得了显著的高FE_CO和j_CO。当P_CO2从1.0降至0.1 atm，Ni-N/C保持了93%以上的高FE_CO值，而Ag NPs的选择性从94%降至40%。此外，与Ag NPs不同，Ni-N/C即使在0.1 atm的P_CO2下也表现出抑制的j_H2值，且其HER活性较差。

2）MEA中随温度变化的CO₂R活性测量表明，与Ag NPs相比，Ni-N/C具有较高的HER E_act和较低的CO生成的E_act。此外，多物理CFD模拟表明，影响MEA中水交叉的操作条件会对其其活性产生影响，并且有助于在低P_CO2条件下选择性地产生CO。

这些实验和计算方法为所有MEA水平上的CO₂R提供了内在和外在的控制因素，并证明了原子分散Ni-N/C是用于基于低CO₂浓度实际应用的一个很好的选择。

参考文献

Dongjin Kim, et al, Electrocatalytic Reduction of Low Concentrations of CO₂ Gas in a Membrane Electrode Assembly Electrolyzer, ACS Energy Lett.2021

DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01797

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01797