記者從華中科技大學(xué)獲悉，該校化學(xué)與化工學(xué)院夏寶玉教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的質(zhì)子交換膜二氧化碳電解系統(tǒng)，可將廢舊鉛酸電池“變廢為寶”，用于幫助二氧化碳高效轉(zhuǎn)化為具有高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的甲酸產(chǎn)物。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國(guó)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，甲酸具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，被廣泛用于燃料電池、醫(yī)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)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。研究團(tuán)隊(duì)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(tǒng)，以此設(shè)計(jì)出的二氧化碳電解反應(yīng)器能連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行5000小時(shí)以上，并且讓甲酸的生成率超過93%。

據(jù)介紹，在當(dāng)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(zhuǎn)化過程中，相當(dāng)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(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率低。對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)嘗試采用酸性電解液來提升轉(zhuǎn)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(wěn)定進(jìn)行還原反應(yīng)的難題。這種耐酸腐蝕的鉛基催化劑的全新反應(yīng)機(jī)理，讓二氧化碳在電解過程中只產(chǎn)生甲酸和少量氫氣，極大提升了轉(zhuǎn)化效率。

夏寶玉說，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)在二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的過程中，過去借助水來完成氧化反應(yīng)會(huì)生成陽(yáng)極副產(chǎn)物，腐蝕電解系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件——質(zhì)子交換膜，影響電解系統(tǒng)壽命。對(duì)此，團(tuán)隊(duì)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(tǒng)的耗電量，進(jìn)一步提高了電解系統(tǒng)穩(wěn)定性和壽命。

“這一技術(shù)具有可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。”夏寶玉表示，實(shí)踐證明團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的二氧化碳電解反應(yīng)器能在高效穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，有效提升二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲酸的效率，并有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。