院士领衔！电催化，最新Nature Energy！

第一作者：Panagiotis Papangelakis，Rui Kai Miao，Ruihu Lu，Hanqi Liu，Xi Wang

通讯作者：David Sinton，王子运，李俊

通讯单位：多伦多大学，奥克兰大学，上海交通大学

工业烟道气中高浓度的CO₂使这些点源成为可再生能源电催化CO2还原转化为高价值产品。然而，普通烟道气中的痕量SO₂会迅速且不可逆地使催化剂中毒。本研究针对工业烟气中高浓度CO₂的电催化转化，特别是针对烟气中微量SO₂对催化剂的快速且不可逆的毒化问题。

研究团队开发了一种聚合物/催化剂/离聚物异质结催化剂，通过限制电化学活性位点附近的氢吸附来钝化SO₂，从而实现高效的CO₂转化。该系统在含有400 ppm SO₂的CO₂气流中，转化为多碳产品的法拉第效率（FE）保持在50%左右，持续时间超过150小时。

此外，将这一策略扩展到高表面积复合催化剂，实现了84%的法拉第效率，高达790 mA cm^–2的局部电流密度和约25%的能量效率。

图文导读

图1：二氧化碳气体处理。

图2：调查SO₂中毒机制，包括不同SO₂浓度下电解稀薄CO₂（50%，与N₂平衡）的产物选择性分布。

图3：SO₂耐受性CO₂电解在改性平面Cu电极上的性能。

图4：CO₂和SO₂共电解的改性块状Cu电极的结构和性能，包括电极的制备和不同条件下的产物选择性。

总结展望

本研究成功解决了工业烟气中SO₂对CO₂还原催化剂的毒化问题，通过创新的聚合物/催化剂/离聚物异质结设计，显著提高了催化剂的SO₂耐受性，并在含有SO₂的条件下实现了高效、稳定的CO₂转化为多碳产品。

本工作不仅展示了在实际工业烟气条件下进行CO₂电解的可能性，而且提供了一种具有成本效益和能源效率的CO₂转化新途径，为实现工业规模的CO₂还原和利用开辟了新的视野。

文献信息

标题：Improving the SO₂ tolerance of CO₂ reduction electrocatalysts using a polymer/catalyst/ionomer heterojunction design

期刊：Nature Energy

DOI：10.1038/s41560-024-01577-9

David Sinton，多伦多大学机械与工业工程系教授，也是加拿大能源与流体研究主席。他是气候正能源倡议的学术主任，也是CANSTOREnergy NFRF-T 研究项目的主任。是加拿大机械工程学会、美国机械工程师学会、加拿大工程研究所、美国科学促进会、加拿大工程院和加拿大皇家学会的研究员。研究领域为热流体，材料。

李俊，上海交通大学长聘教轨副教授，研究方向为原位光谱电化学表征方法与技术，小分子催化与合成及碳捕获利用，全电池催化系统集成及工程放大。

王子运博士，新西兰奥克兰大学Senior Lecturer。主要研究方向包括二氧化碳电还原的理论计算、人工智能辅助多相催化设计和表面微动力学。