Advanced Energy Materials:心有灵锌一点通 ——液态锌阴极助力二氧化碳还原

基于氧化物溶解-电沉积机制的熔盐电化学过程不仅支撑着有色金属的工业制备(如电解铝),也为二氧化碳固定提供了实施途径。熔盐的烟气吸收能力强,无需预先进行二氧化碳的分离和富集,固碳流程短;熔盐电化学窗口大,副反应少,固碳电流效率高;高温下反应动力学快,无需复杂或贵金属催化剂,适合高通量固碳。提升熔盐电化学固碳的能量效率和固碳产物的附加值是推动这一方法应用的关键。

武汉大学肖巍课题组采用液态锌阴极作为二氧化碳熔盐电还原的反应界面,通过金属热还原和电化学还原的耦合机制,强化了二氧化碳电还原过程并无模板构建了锌碳核壳材料。二氧化碳被熔盐捕获转化为碳酸根,对液态锌/碳酸根这一液液界面的动态演化分析表明,金属锌还原和电化学还原耦合发生,即液态锌热还原碳酸根转变为固态氧化锌,随后固态氧化锌和碳酸根一同电化学还原为锌碳核壳结构。一方面,液态锌可作为二氧化碳还原的去极化剂,提升了固碳的能量效率;与采用固态阴极固碳相比,采用液态锌阴极固碳的电流效率从75%提升至90%。另一方面,液态锌还可作为软模版诱导生成锌碳核壳结构,实现了从二氧化碳无模板制备碳壳层,为先进碳材料的可控制备提供了新思路。上述成果发表在“Advanced Energy Materials”(DOI:10.1002/aenm.202002241)。

将二氧化碳高效转化为先进能源材料是提升碳中性和固碳过程经济性的途径之一。我们相信,通过对熔盐电化学反应界面和流程的合理设计可为减碳反应效率提升和大宗金属高值利用提供新思路。