华中科技大学讯 3日1日，能源学院赵永椿教授和熊卓副教授最新研究成果“Unveiling Direct and Indirect Pathways of Electrochemical CO2 Reduction in Amine-Based Carbon Capture Electrolytes”在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上刊发。
碳捕集原位电催化转化技术（eRCC 或eICCU）可绕过碳捕集吸收剂再生和CO2储存运输环节，在提升能效与简化工艺方面展现出显著优势。掌握碳捕集电解液中CO₂电化学转化的碳源起源与反应路径，对于碳捕集原位电催化转化催化剂设计与反应器开发至关重要。但是，碳捕集原位电催化转化体系相比于常规气体CO2电催化体系更为复杂，其主要活性物种与反应机理尚不明确。以胺基碳捕集原位电催化体系为例，电极-电解液界面可能同时存在物理溶解CO2、化学吸附态氨基甲酸盐、碳酸氢盐以及原位释放的i-CO2等多种潜在电活性物种，并且电极界面的活性中间体与反应路径对反应体系具有高度敏感性，包括胺分子构型、电解液浓度、界面局部 pH 环境、CO₂负载量、施加电位以及支持电解质组分等。学术界关于其主要反应活性中间体仍存在较大争议，对于其反应路径目前仍缺乏分子水平的直接证据。
鉴于此，本研究采用原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱(ATR-SEIRAS)、表面增强拉曼光谱(SERS)以及在线差分电化学质谱(DEMS)等技术，识别了胺-CO2捕集电解液在电化学还原过程中的碳源，并阐明了其反应路径。在含有伯胺和仲胺的电解液中，CO2被捕获形成氨基甲酸盐(R1R2NCOO-)。这些氨基甲酸盐作为电化学还原过程中的关键活性物种，通过直接反应路径被还原为一氧化碳。在含有叔胺或空间位阻胺的电解液中，CO2被捕获形成碳酸氢盐(HCO3-)。该碳酸氢盐随后经历间接还原路径：首先在电极表面原位释放CO2，释放出的CO2作为主要活性中间体，随后被进一步还原为一氧化碳。值得注意的是，在直接和间接两种反应路径中，质子化胺均作为析氢反应(HER)的主要质子源。本研究综合运用多种原位实验技术，揭示了不同类型胺如何影响碳捕集电解液在电化学还原过程中的电活性物种和反应路径。研究结果为胺基碳捕集原位电催化转化机理提供了更深入的新见解，并为该过程中双功能电解液、电催化剂及反应器的优化设计提供了指导。
华中科技大学为该论文唯一完成单位，博士生李强为第一作者，赵永椿和熊卓为通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202521624
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