西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心最新Nature子刊低钾酸性CO₂电还原

该研究受海绵储水机制启发，设计了一种海绵结构SnO₂催化剂，通过其多孔结构有效调控局部碱性环境，在酸性电解液中实现高效CO₂还原生成甲酸。背景方面，电化学CO₂还原是碳中和的重要途径，但酸性条件下需要大量K⁺来抑制析氢反应，导致盐析和系统不稳定。研究目的是开发一种能在低K⁺浓度下高效、稳定运行的新型催化剂。结果显示，在pH 1.82环境下，SnO₂海绵在800 mA cm⁻²电流密度下实现94.5%的甲酸选择性，并在400 mA cm⁻²下连续生产甲酸390小时，选择性高达97.7%。该催化剂通过三维多孔网络有效限制OH⁻扩散，维持高pH微环境，显著降低了对K⁺的依赖。结论表明，这种海绵结构的限域策略不仅适用于SnO₂，还可推广至其他CO₂RR系统，为酸性介质中高效、稳定的CO₂还原制备绿色化学品提供了新思路，对推动碳中和目标具有重要意义。