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在近中性或堿性介質(zhì)中，二氧化碳（CO₂）與氫氧根（OH^–）反應(yīng)生成碳酸鹽（CO₃^2-），嚴(yán)重限制了CO₂電還原的能量和碳效率。

基于此，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院胡喜樂(lè)教授等人報(bào)道了一種通過(guò)利用堿性陽(yáng)離子抑制析氫反應(yīng)（HER）的方法，在強(qiáng)酸性介質(zhì)（pH=1.0）中展示了高效的CO₂電還原，其法拉第效率（FE）高達(dá)90%。

胡喜樂(lè)Nature Catalysis：FE達(dá)到90%！在強(qiáng)酸性介質(zhì)中電還原CO2

在文中，作者將這種方法應(yīng)用于三類(lèi)具有代表性的催化劑，即碳負(fù)載的SnO₂、Au和Cu納米顆粒（SnO₂/C、Au/C和Cu/C），它們可用于產(chǎn)生甲酸、CO和碳?xì)浠衔?，分別作為CO₂電還原的主要產(chǎn)物，其中生成甲酸和CO的法拉第效率（FE）高達(dá)90%。

通過(guò)模擬和分析表明，陰極雙層中的堿金屬陽(yáng)離子有效地屏蔽了擴(kuò)散層中的電場(chǎng)，抑制了水合氫離子向陰極的遷移，從而降低了外Helmholtz平面（OHP）中水合氫離子的濃度，進(jìn)而有效的抑制了HER。同時(shí)，陽(yáng)離子增強(qiáng)了Stern層的電場(chǎng)，并穩(wěn)定了CO₂還原過(guò)程中的關(guān)鍵中間體，以促進(jìn)CO₂還原。

該工作不僅證明了利用堿性陽(yáng)離子抑制HER以促進(jìn)CO₂還原策略對(duì)于各種催化劑和陽(yáng)離子具有通用性，而且揭示了陽(yáng)離子誘導(dǎo)的電場(chǎng)調(diào)制是陽(yáng)離子效應(yīng)的促進(jìn)機(jī)制。

Modulating electric field distribution by alkali cations for CO₂ electroreduction in strongly acidic medium. Nature Catalysis, 2022, DOI: 10.1038/s41929-022-00761-y.

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