6月4日，记者从海南大学获悉，该校海洋科学与工程学院海洋清洁能源创新团队在电催化二氧化碳还原研究方面取得重要突破。该团队成功揭示了在低K⁺环境中从酸性二氧化碳电解合成甲酸的有效电化学路线，为电催化二氧化碳还原反应技术的产业化进程筑牢了理论根基。相关研究成果已于近日发表在《自然·通讯》上。

海洋科学与工程学院副教授王志同介绍，电催化二氧化碳还原反应生成甲酸，被视作减少碳排放、储存间歇性可再生能源的先进碳中和技术。其中，在酸性条件下开展电化学二氧化碳转化，能够有效克服传统碱性电催化二氧化碳还原反应中二氧化碳利用率低的难题，是提升二氧化碳利用率的极具潜力的途径。然而，当前该技术过度依赖高浓度的K⁺来抑制氢析出反应，这会导致碳酸盐沉淀，进而干扰催化性能。

为深入探究这一机制，研究团队借助计算模拟，筛选出一种具备合适浓度场调节和氧化态保护能力的候选材料——碳层包覆的尖状In₂O₃电催化剂。实验表明，该催化剂可在低浓度的K⁺环境中，稳定且高效地实现酸性电催化二氧化碳转化合成甲酸。研究发现，碳层的引入，不仅能保护具有更高本征催化活性的氧化态In物种免受还原腐蚀，还能通过在外部形成浓度场，调节H⁺和K⁺的分布，避免尖端诱导电场对H⁺离子的不利吸附，实现理想K⁺离子的选择性富集。研究结果显示，在pH值为0.94的酸性电解液中，仅需0.1M的低浓度K⁺，就能在300mAcm⁻²电流密度下，实现98.9%的甲酸法拉第效率，并展现出超过100小时的长时稳定性。

在进一步的放大实验中，研究团队将电极放大应用于25cm²的电解槽装置。在7A的总电流下，该装置能够持续稳定地产生甲酸，生成速率达到291.6mmolL⁻¹h⁻¹。这一成果表明，在大电流和长时间运行的条件下，所研究的催化剂依然能维持良好的稳定性和较高的法拉第效率，为加速电催化二氧化碳技术的工业化进程，提供了切实可行且经济的解决方案。