CO₂電化學(xué)還原為CO是替代化石燃料使用的有前景的技術(shù)。盡管如此，低能效阻礙了其商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。CO₂電解還原為CO主要在中性或堿性介質(zhì)中進(jìn)行，但最近的基礎(chǔ)工作表明，在酸性介質(zhì)中也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CO的高選擇性。

荷蘭萊頓大學(xué)萊頓化學(xué)研究所Marc T. M. Koper和荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)Klaas Jan P. Schouten等研究了在工業(yè)相關(guān)條件下(pH= 2-4)使用10 cm²的金氣體擴(kuò)散電極電解CO₂的可行性。

當(dāng)電流密度高達(dá)200 mA cm^-2時(shí)，在硫酸鹽電解液中CO的法拉第效率達(dá)到80%-90%，與中性介質(zhì)相比，整體能效提高了30%，證明了在酸性介質(zhì)中CO₂電解的可行性。

另外，CO₂的高還原速率(即高電流密度)導(dǎo)致產(chǎn)生足夠的OH^–以在質(zhì)子到達(dá)催化劑層之前中和質(zhì)子。這阻礙了質(zhì)子還原，即使在pH=2、200 mA cm^-2條件下也能實(shí)現(xiàn)對(duì)CO的高選擇性。

在電解質(zhì)中添加弱水合陽離子，如Cs⁺和K⁺，這確保了酸性介質(zhì)中的高CO₂還原活性。考慮到性能和成本，含K⁺硫酸鹽可能更適合作為電解質(zhì)。

最后，通過比較酸性和中性介質(zhì)中的結(jié)果，表明在低pH值硫酸鹽電解質(zhì)中所需的電位相當(dāng)?shù)?，這導(dǎo)致在200 mA cm^-2下運(yùn)行時(shí)節(jié)能高達(dá)30% 。

Efficiency and selectivity of CO₂ reduction to CO on gold gas diffusion electrodes in acidic media. Nature Communications, 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24936-6