摘要：什么是电化学二氧化碳（CO₂）还原技术？电化学二氧化碳（CO₂）还原技术作为实现“双碳”目标的关键路径，能够通过可再生能源将CO₂转化为高附加值的燃料与化学品。然而，传统气相扩散电极存在三相界面稳定性差、高电流密度下产物选择性下降、电解液酸化导致性能衰减等瓶颈

什么是电化学二氧化碳（CO₂）还原技术？电化学二氧化碳（CO₂）还原技术作为实现“双碳”目标的关键路径，能够通过可再生能源将CO₂转化为高附加值的燃料与化学品。然而，传统气相扩散电极存在三相界面稳定性差、高电流密度下产物选择性下降、电解液酸化导致性能衰减等瓶颈。例如，商用碳纸电极仅能维持数小时稳定运行，严重制约了该技术的规模化应用。

近日，深圳理工大学材料科学与能源工程学院助理教授张小龙团队在国际知名期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy上发表题为《具有增强三相界面的Ag基一体化气相扩散电极用于电化学CO₂还原》的研究论文。论文通讯单位为深圳理工大学和中国科学院深圳先进技术研究院，董盈君为第一作者，张小龙为通讯作者。

论文上线截图

该研究针对电化学CO₂还原技术在工业化应用中的核心挑战，开发出一种高性能一体化气相扩散电极，为构建高效稳定的人工碳循环体系提供了新路径。

流动池中传统层状结构和一体化气相扩散电极示意图

张小龙团队提出“结构-功能一体化”设计策略，以聚四氟乙烯（PTFE）和导电炭黑构建三维疏水导电网络，并通过混合溶剂浸渍技术负载3nm的超小银（Ag）纳米颗粒，形成新型一体化气相扩散电极（Ag-IGDL）。

据介绍，该电极兼具三大核心优势。第一，三维疏水导电网络增强稳定性。三维网络结构拓宽了气-液-固三相界面分布，使电极在100–600 mA·cm⁻²宽电流密度范围内保持CO法拉第效率（FECO）>95%，稳定性较传统层状电极提升20倍，可连续运行超60小时。第二，超小Ag纳米颗粒提升催化活性。通过调控水-异丙醇比例（1:1），实现Ag纳米颗粒的三维均匀分布，暴露更多活性位点。电极质量活性达7.04 A·mg⁻¹（FECO>90%），显著优于现有Ag基催化剂。第三，界面优化抑制副反应。适中的孔径（0.13μm）和疏水性（接触角139°）平衡了CO₂传质与滞留，减少碱性电解液对CO₂的非生产性吸收，同时抑制析氢副反应（HER）。

该研究从宽域高效性、长寿命稳定性、机理创新方面实现了从实验室到工业化的关键跨越，比如在100–600 mA·cm⁻²电流密度下，FECO始终>95%，突破传统电极在高电流密度下的选择性衰减难题；在200 mA·cm⁻²电流密度下，电极在膜电极电解池中稳定运行超60小时，FECO衰减

这项成果不仅为高效CO₂电还原电极设计提供了新范式，更展现了深圳理工大学在能源材料与器件领域的原创研发实力。一体化电极策略可扩展至其他金属基催化剂体系，有望推动电化学碳循环技术从实验室走向工业化，为我国“双碳”目标的实现提供关键技术支撑。

来源：深圳特区报一点号