第一作者：Panagiotis Papangelakis，Rui Kai Miao，Ruihu Lu，Hanqi Liu，Xi Wang

通訊作者：David Sinton，王子運，李俊

通訊單位：多倫多大學，奧克蘭大學，上海交通大學

工業煙道氣中高濃度的CO₂使這些點源成為可再生能源電催化CO2還原轉化為高價值產品。然而，普通煙道氣中的痕量SO₂會迅速且不可逆地使催化劑中毒。本研究針對工業煙氣中高濃度CO₂的電催化轉化，特別是針對煙氣中微量SO₂對催化劑的快速且不可逆的毒化問題。

研究團隊開發了一種聚合物/催化劑/離聚物異質結催化劑，通過限制電化學活性位點附近的氫吸附來鈍化SO₂，從而實現高效的CO₂轉化。該系統在含有400 ppm SO₂的CO₂氣流中，轉化為多碳產品的法拉第效率（FE）保持在50%左右，持續時間超過150小時。

此外，將這一策略擴展到高表面積復合催化劑，實現了84%的法拉第效率，高達790 mA cm^–2的局部電流密度和約25%的能量效率。

圖文導讀

圖1：二氧化碳氣體處理。

圖2：調查SO₂中毒機制，包括不同SO₂濃度下電解稀薄CO₂（50%，與N₂平衡）的產物選擇性分布。

圖3：SO₂耐受性CO₂電解在改性平面Cu電極上的性能。

圖4：CO₂和SO₂共電解的改性塊狀Cu電極的結構和性能，包括電極的制備和不同條件下的產物選擇性。

總結展望

本研究成功解決了工業煙氣中SO₂對CO₂還原催化劑的毒化問題，通過創新的聚合物/催化劑/離聚物異質結設計，顯著提高了催化劑的SO₂耐受性，并在含有SO₂的條件下實現了高效、穩定的CO₂轉化為多碳產品。

本工作不僅展示了在實際工業煙氣條件下進行CO₂電解的可能性，而且提供了一種具有成本效益和能源效率的CO₂轉化新途徑，為實現工業規模的CO₂還原和利用開辟了新的視野。

文獻信息

標題：Improving the SO₂ tolerance of CO₂ reduction electrocatalysts using a polymer/catalyst/ionomer heterojunction design

期刊：Nature Energy

DOI：10.1038/s41560-024-01577-9

David Sinton，多倫多大學機械與工業工程系教授，也是加拿大能源與流體研究主席。他是氣候正能源倡議的學術主任，也是CANSTOREnergy NFRF-T 研究項目的主任。是加拿大機械工程學會、美國機械工程師學會、加拿大工程研究所、美國科學促進會、加拿大工程院和加拿大皇家學會的研究員。研究領域為熱流體，材料。

李俊，上海交通大學長聘教軌副教授，研究方向為原位光譜電化學表征方法與技術，小分子催化與合成及碳捕獲利用，全電池催化系統集成及工程放大。

王子運博士，新西蘭奧克蘭大學Senior Lecturer。主要研究方向包括二氧化碳電還原的理論計算、人工智能輔助多相催化設計和表面微動力學。