摘要：电化学CO2捕集作为一种前景广阔的CO2捕集方案，因其能够利用可再生清洁电力而备受关注。然而，这种技术在实际应用中存在过程不稳定、不连续、高能源需求以及难以大规模应用等一系列挑战。

电化学CO2捕集作为一种前景广阔的CO2捕集方案，因其能够利用可再生清洁电力而备受关注。然而，这种技术在实际应用中存在过程不稳定、不连续、高能源需求以及难以大规模应用等一系列挑战。

2024年12月30日，谢和平院士团队以深圳大学和四川大学共建的深地工程智能建造与安全运维全国重点实验室为第一单位在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Continuous decoupled redox electrochemical CO2 capture》的研究论文，刘涛研究员、王云鹏、吴一凡副研究员、蒋文川助理研究员为论文共同第一作者，谢和平院士和刘涛研究员为论文共同通讯作者。

谢和平，中国工程院院士，国家973项目首席科学家，国家自然科学基金委创新研究群体首席科学家。曾任中国矿业大学校长和四川大学校长，现为深圳大学特聘教授，四川大学碳中和未来技术学院学术委员会主任。已出版十余本中英文专著，在Nature、Nature Energy等国际期刊发表论文500余篇。

谢和平院士长期致力于采矿工程、矿山工程力学、绿色能源开发利用及深地科学领域的基础研究与工程实践，特别是破断煤岩体力学研究方面具有突出成果。在我国最早建立了矿山裂隙岩体宏观损伤力学模型，开拓了矿山裂隙岩体损伤力学研究新领域。近年来，在深地科学探索领域，包括深地固体资源流态化开采、中低温地热发电、地下空间开发利用、海水能源化及深地医学等领域提出了创新性理念与构想，并在绿色能源、低碳技术与CO2矿化及综合利用技术领域进行了深入探索，取得了重要进展。

刘涛，研究员，四川大学新能源与低碳技术研究院博士生导师，兼任深圳大学访问教授。2012年在四川大学获学士学位，2017年在四川大学获博士学位，师从谢和平院士。入选中国科协青年人才托举工程、四川省“天府青城计划”青年科技人才、四川大学“双百人才工程”计划青年学术骨干。

刘涛研究员围绕CO2减排总体科研目标，主要从事零碳能源、负碳技术与深地保真取芯探矿领域相关研究。

在本文中，作者提出了一种全新的策略，通过将传统的单步电化学反应转化为电化学-化学相耦合的双步反应过程，通过在阴极和阳极上分别进行氢气析出反应（HER）和有机还原载体（QH2）的氧化反应，巧妙调节电解液的酸碱性，从而实现高效的CO2捕集过程。

通过在时间和空间域中将CO2捕获的电化学循环与氧化还原载体再生过程解耦，这种方法减少了不需要的副反应并增强了系统稳定性。

实验结果表明，该技术能够在200小时内稳定运行，在10 mA cm-2的电流密度下，电功为 49.16 kJe mol-1。

此外，每日能够生成高纯二氧化碳0.4千克，稳定运行超72小时！进一步验证了该方法在放大规模减碳应用中的可行性。

图1：氧化还原解耦的电化学碳捕集原理示意图

图2：DREC系统的概念验证

图3：化学还原反应和电化学氧化反应的匹配验证

图4：AQDS在电化学-化学反应过程中的稳定性测试

图5：氧化还原解耦的电化学碳捕集技术性能测试

图6：CO2的电化学碳捕集原理样机与性能验证

综上，作者开发了一种电化学CO2捕集策略，将传统的单步电化学反应转化为电化学-化学相耦合的双步反应。这种方法可以通过pH的变化实现连续且稳定的CO2捕集，避免了氧气对系统的干扰。

该技术能够在200小时内稳定运行，电功约49.16 kJe mol-1。在72小时的放大实验中，电功约为92.93 kJe mol-1。

通过设计还原电位更接近析氢反应的分子结构、采用更高效的阴离子交换膜以及优化工艺参数，可以进一步优化性能。

这项工作提出了电化学CO2捕集的视角，并为该领域长期存在的可扩展性和高能耗挑战提供了潜在的解决方案。

Liu, T., Wang, Y., Wu, Y. et al. Continuous decoupled redox electrochemical CO2 capture. Nat. Commun., (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-55334-

来源：华算科技