学术前沿|南京大学现代工学院钟苗课题组:电化学界面调控实现超长稳定、高效碳酸氢盐电解制碳一化学品

图2展示了HCO₃⁻电解的电极结构示意图，双极膜原位生成CO₂、经由Nafion^TM–SiC涂层输运至催化剂表面。电镜清晰展示了从覆盖涂层到催化剂层到导电层电极结构，明确电极表面高效气–液双相传输通道，全面提升HCO₃⁻电解性能。

气–液双相传输的Nafion^TM–SiC涂层中，疏水性氟碳链相互连通，形成连续的CO₂气体传输网络通道；SiC纳米颗粒之间的孔隙以及Nafion^TM表面亲阳离子性，为电解液和K⁺离子传输提供了另外路径。二者协同，使双极膜界面原位生成的CO₂能够快速到达催化剂表面，在反应界面富集K⁺，并维持接近中性的局部pH环境，显著提升碳酸氢盐电解性能，达到工业级扩散电极电解纯CO₂制碳一产物性能。

原位测试表面，上述结构Nafion^TM–SiC结构设计在湿态条件下可以将表面CO₂浓度从25%提升到75%，表现出接近疏水PTFE近似的CO₂渗透率，并保持电解液传输良好导电性，为高电流密度下稳定的碳酸氢盐电解提供了关键要素。此外，电绝缘的SiC纳米颗粒能够阻止电场驱动下K⁺离子在表面涂层中的积累，从而长期维持电极的疏水特性，保持CO₂传输通道稳定性。经过1100小时碳酸氢盐电解后，电极结构与催化剂分布保持不变，验证了分层电极结构设计与电化学界面改性在长期运行下可靠性。

该成果以“Sustainable and Efficient Bicarbonate Electrolysis via Enhanced CO₂ and Cation Availability on a Gas-Water Dual-Permeable Electrode”为题于2026年1月2日发表于Journal of the American Chemical Society上。南京大学现代工程与应用科学学院博士生刘朝阳为论文第一作者，现代工程与应用科学学院钟苗教授为通讯作者。感谢南京大学化学化工学院郭盛教授的讨论。研究得到了国家自然科学基金、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金等项目支持。

文章链接：doi.org/10.1021/jacs.5c20900（点击文末“阅读原文”可直接访问）