加拿大阿尔伯塔大学/深圳大学骆静利院士团队：二氧化碳电解阴极材料设计的最新进展，从室温到高温

近日，加拿大阿尔伯塔大学/深圳大学骆静利院士团队的AMR述评文章“Recent Progress in Cathode Material Design for CO₂ Electrolysis: From Room Temperature to Elevated Temperatures”在线发表，介绍了关于CO₂电解中阴极材料设计的最新研究进展，讨论了使用不同的工程策略进行低温CO₂RR电催化剂设计，总结了高温固体氧化物电解CO₂的常用阴极材料，提出了CO₂电解在阴极材料设计和反应系统方面的当前挑战和未来前景，以期实现更为有利的应用。

关键词：二氧化碳还原；阴极材料设计；电催化；室温二氧化碳电解；高温固体氧化物电解池

Both low- and high-temperature CO₂ electrolysis approaches hold promise in converting CO₂ into valuable chemicals and fuels, thus contributing to carbon neutrality and sustainability.

文章内容简介

经济的迅速增长和社会的发展使得人们对能源需求持续增加。然而过度开采和使用化石燃料导致大量二氧化碳排放，对环境和人类社会的生活质量造成严重影响。CO₂电解还原（CO₂RR）为将可再生能源（如风能、太阳能或潮汐能）转化为化学品和燃料提供了机会，同时也能进一步减少二氧化碳的排放，实现碳循环。通过使用不同的电催化剂，可将CO₂转化为多种化学品和高价值燃料。根据反应温度和条件的不同，CO₂电解可以进一步分为两种类型：室温下的CO₂电解和高温下的固体氧化物CO₂电解。

目前，研究人员通过采用各类催化剂设计策略，有效地提高了CO₂RR电催化性能，涵盖催化活性、选择性和稳定性。对于室温CO₂RR，已采用各种方法来优化催化剂的结构和性能，以提高电催化性能。鉴于高温CO₂RR在固体氧化物电解池（SOECs）中的独特工作机制，阴极材料不仅需要满足低温要求，还需要具备高离子和电子导电性、强抗积炭能力及与电解质的良好兼容性。

在这篇述评中，我们介绍了关于CO₂电解中阴极材料设计的最新研究进展。讨论了使用不同的工程策略进行低温CO₂RR电催化剂设计，包括结构工程、缺陷工程、相工程、掺杂工程、界面工程和微环境工程。结合团队和其他研究人员的一些代表性工作，深入阐明了这些多样化策略的优势，提供了对电催化剂设计更深层次的理解。此外，基于材料类型（如金属/金属氧化物和钙钛矿基材料）总结了高温固体氧化物电解CO₂的常用阴极材料，进一步探讨了不同提升催化性能的材料设计策略，例如浸渗、掺杂和原位析出，旨在改善钙钛矿基材料在高温CO₂电解中的电催化性能。最后，本文提出了CO₂电解在阴极材料设计和反应系统方面的当前挑战和未来前景，以期实现更为有利的应用。

作者团队简介

隋鹏飞，2023年毕业于阿尔伯塔大学获材料工程博士学位，目前担任阿尔伯塔大学化工材料系博士后研究员，主要从事纳米材料设计与电化学能源转化研究，致力于高效电极材料设计及原位谱学监测技术在电化学二氧化碳还原中的应用。任Processes期刊客座编辑，以第一作者在Acc. Mater. Res., Chem Catal., Adv. Funct. Mater., EES Catal., Small等期刊发表论文8篇。

高敏锐，阿尔伯塔大学化工材料系博士研究生。2014年于清华大学获得材料科学与工程硕士学位。目前从事密度泛函理论计算和固体氧化物燃料电（解）池的电极材料设计。

汪艺澄，阿尔伯塔大学化工材料系博士研究生。2021年于卡尔加里大学获得理学硕士学位，目前从事光电催化CO₂还原阴极材料设计。

骆静利，深圳大学特聘教授、博导，加拿大国家工程院院士，中国腐蚀与防护学会会士。加拿大阿尔伯塔大学名誉退休教授，曾任加拿大可替代燃料电池首席科学家。现任国际腐蚀理事会委员, Springer-Nature Electrochemical Energy Reviews和Corrosion Science编委。长期从事电催化、固体氧化物燃料电池/电解池及能源存储与转化材料和电化学腐蚀等领域的研究，研制开发了新型固体氧化物燃料电池/电解池新工艺（如，乙烷脱氢制乙烯、CO₂重整等）和新能源材料，在绿色能源和CO₂捕集、利用与转化方面也取得了众多研究成果；同时，开展过大量有关材料腐蚀的研究，已在国际顶尖期刊JACS, Angew. Chem. Int. Ed., EES，Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Catal.等刊物发表论文400余篇。

扫码阅读骆静利院士团队的精彩Account文章：

Recent Progress in Cathode Material Design for CO₂ Electrolysis: From Room Temperature to Elevated Temperatures

Peng-Fei Sui, Min-Rui Gao, Yi-Cheng Wang, and Jing-Li Luo*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00224

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