2023年9月14日上午，来自圣路易斯华盛顿大学能源、环境与化学工程系的焦锋教授在清华大学化工系作题为“CO2 electrolysis systems for chemical production”的学术报告。焦锋教授的研究团队致力于开发创新型电化学反应器件，以应对关键的储能和可持续性挑战，至今发表了100多篇研究论文，引用超过17000次，当选为皇家化学学会院士，获得NSF CAREER奖，以及被《材料化学杂志A》评为2020年新兴研究员和2020年负排放科学计划的Scialog研究员。
报告现场
报告围绕“搭建高效率二氧化碳电催化反应器”展开。焦锋教授首先从二氧化碳电催化的反应机理出发，介绍了性能评价指标（电流密度、过电势和法拉第效率等），进而阐述了二氧化碳电催化在选择性、碳利用率、稳定性、诊断手段和尺寸放大等方面面临的挑战。针对这些问题，焦锋教授分享了其课题组在催化剂设计、电解液和膜的选择以及高效率二氧化碳反应器设计等方面的研究进展。
报告现场
以电化学还原的方式，二氧化碳（CO2）或一氧化碳（CO）可被高效转化为高附加值化学品和燃料（如甲烷、乙烯、乙酸等），有助于降低碳排放以及大气中CO2浓度，助力双碳目标的实现。但由于CO2和CO在水溶液中较低的溶解度，其反应速率极大地受限于这两种气体在电解液中的传质速率。而在流动电解池中，气态的CO2/CO可被直接输送至催化电极表面，从而可显著提升传质速率和反应速率达两个数量级以上。在典型的CO2电解槽中，电化学CO2还原（CO2RR）发生在阴极，而水或燃料原料在阳极被氧化，电极之间的聚合物膜既保障了离子传导又防止产物互窜。催化剂和膜之间的间隙和内阻成正比，所以用于CO2电解的反应器配置应是零间隙，可将涂覆有催化剂的基底直接压印到离子传导聚合物膜上。电化学反应器在放大的过程中，如何优化反应器内部结构设计，平衡转化率和选择性达到最高的经济效益仍是研究重点。目前高效的二氧化碳电催化剂仍以铜基材料为主，对其催化机理的理解仍然不足。最后，报告对CO2还原在植物生长领域的应用前景进行了分析和展望，这有可能对未来农业发展和电催化应用带来重大机遇。
焦锋教授的精彩报告引起了师生的极大兴趣，报告结束后焦锋教授与大家就二氧化碳电催化反应器的电极和结构设计、催化机理及应用前景等问题进行了深入的讨论和交流。
现场进行充分交流讨论