研究稱(chēng)用廢舊電池可助二氧化碳高效制甲酸

記者從華中科技大學(xué)獲悉，該?；瘜W(xué)與化工學(xué)院夏寶玉教授團隊創(chuàng )建的質(zhì)子交換膜二氧化碳電解系統，可將廢舊鉛酸電池“變廢為寶”，用于幫助二氧化碳高效轉化為具有高經(jīng)濟價(jià)值的甲酸產(chǎn)物。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

“在電解二氧化碳獲得的20余種產(chǎn)物中，甲酸具有顯著(zhù)的經(jīng)濟價(jià)值，被廣泛用于燃料電池、醫藥等領(lǐng)域。”夏寶玉介紹，如果能高效獲得高純甲酸，不僅有助于消耗二氧化碳，還能創(chuàng )造可觀(guān)的經(jīng)濟效益。研究團隊歷時(shí)近5年時(shí)間，創(chuàng )建了質(zhì)子交換膜二氧化碳電解系統，以此設計出的二氧化碳電解反應器能連續穩定運行5000小時(shí)以上，并且讓甲酸的生成率超過(guò)93%。

據介紹，在當前電催化二氧化碳還原技術(shù)中，使用的電解液大多呈堿性。轉化過(guò)程中，相當一部分二氧化碳會(huì )被堿性電解液吸收并生成大量碳酸鹽沉積在電極表面，導致轉化效率低。對此，研究團隊嘗試采用酸性電解液來(lái)提升轉化效率，并利用廢舊鉛酸電池制取了一種用于二氧化碳電解的鉛基耐酸腐蝕的電催化劑，破解了許多催化劑不耐酸腐蝕、難以高效穩定進(jìn)行還原反應的難題。這種耐酸腐蝕的鉛基催化劑的全新反應機理，讓二氧化碳在電解過(guò)程中只產(chǎn)生甲酸和少量氫氣，極大提升了轉化效率。

夏寶玉說(shuō)，研究團隊還發(fā)現在二氧化碳轉化為甲酸的過(guò)程中，過(guò)去借助水來(lái)完成氧化反應會(huì )生成陽(yáng)極副產(chǎn)物，腐蝕電解系統中的關(guān)鍵部件——質(zhì)子交換膜，影響電解系統壽命。對此，團隊用氫氣替換了水，實(shí)踐表明可以有效避免質(zhì)子交換膜被腐蝕，并減少系統的耗電量，進(jìn)一步提高了電解系統穩定性和壽命。

“這一技術(shù)具有可觀(guān)的經(jīng)濟價(jià)值。”夏寶玉表示，實(shí)踐證明團隊設計的二氧化碳電解反應器能在高效穩定運行的基礎上，有效提升二氧化碳轉化為甲酸的效率，并有望實(shí)現工業(yè)化應用。