國際綜合性頂級(jí)期刊Nature Communications（2024 年影響因子15.7）近期迎來重要研究成果——浙江萬里學(xué)院碳中和研究院以第一單位合作發(fā)表重磅論文“Localized mass transport channels for electro-upgrade of dilute CO? toward high yield C2+ products”（局部傳質(zhì)通道助力稀釋CO?電催化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)率C2+產(chǎn)物），陳忠偉、王新、文國斌為該論文通訊作者。該論文的發(fā)表標(biāo)志著學(xué)校在碳中和領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)研究上取得突破性進(jìn)展，頂刊成果再添新彩。
當(dāng)前，全球碳減排行動(dòng)向縱深推進(jìn)，“碳中和”已成為各國應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的核心戰(zhàn)略目標(biāo)。在此背景下，如何將工業(yè)排放的CO2高效轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品，既降低碳排放強(qiáng)度，又創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值，成為科學(xué)界與工業(yè)界共同攻關(guān)的核心課題。電化學(xué)CO2還原（CO2RR）技術(shù)憑借反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物選擇性可控等優(yōu)勢(shì)，在CO2資源化利用領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，被視作推動(dòng)“碳循環(huán)”的關(guān)鍵技術(shù)之一。
然而，該技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用始終受兩大難題制約：一是反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與質(zhì)量傳輸過程的失衡，導(dǎo)致催化效率難以提升；二是工業(yè)實(shí)際排放場(chǎng)景中，經(jīng)捕獲分離后的CO2濃度通常僅為15%-20%，這類稀釋CO2因溶解度低、分壓小，難以有效抵達(dá)催化活性位點(diǎn)，極大限制了其直接利用效率。如何實(shí)現(xiàn)稀釋CO2的“高效富集+定向轉(zhuǎn)化”協(xié)同進(jìn)行，成為突破技術(shù)瓶頸、推動(dòng)CO2RR走向工業(yè)化的關(guān)鍵科學(xué)問題。
針對(duì)上述難題，浙江萬里學(xué)院碳中和研究院團(tuán)隊(duì)提出了一種通過構(gòu)建局部質(zhì)量傳輸通道來實(shí)現(xiàn)稀釋CO?高效轉(zhuǎn)化的方法。通過在單原子摻雜的Cu2O（In?@Cu2O）上構(gòu)建COF（共價(jià)有機(jī)框架）層，實(shí)現(xiàn)了CO2的集中和轉(zhuǎn)化過程的耦合。其中，三氟甲基功能化的COF（TfCOF）發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，它作為局部通道，極大地促進(jìn)了CO2/CO的局部質(zhì)量傳輸。與此同時(shí)，In1@Cu2O能夠增強(qiáng)對(duì)*COOH的吸附，為C2+產(chǎn)物的生成提供了更有利的條件。通過這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了在工業(yè)相關(guān)條件下，將稀釋的CO2高效轉(zhuǎn)化為高附加值的C2+產(chǎn)物。
該研究成果的發(fā)表為工業(yè)規(guī)模的C2+產(chǎn)物合成提供了全新的思路和方法，有望推動(dòng)電化學(xué)CO2還原技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H工業(yè)應(yīng)用的進(jìn)程，對(duì)助力全球碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、推動(dòng)綠色低碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。未來，浙江萬里學(xué)院碳中和研究院團(tuán)隊(duì)將持續(xù)深耕CO2資源化利用領(lǐng)域，進(jìn)一步優(yōu)化催化劑性能與反應(yīng)體系設(shè)計(jì)，提升技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性，為破解全球氣候變化難題、構(gòu)建“零碳”未來貢獻(xiàn)更多萬里智慧與力量。
