记者从华中科技大学获悉，该校化学与化工学院夏宝玉教授团队创建的质子交换膜二氧化碳电解系统，可将废旧铅酸电池“变废为宝”，用于帮助二氧化碳高效转化为具有高经济价值的甲酸产物。相关研究成果近日发表在国际学术期刊《自然》上。
“在电解二氧化碳获得的20余种产物中，甲酸具有显著的经济价值，被广泛用于燃料电池、医药等领域。”夏宝玉介绍，如果能高效获得高纯甲酸，不仅有助于消耗二氧化碳，还能创造可观的经济效益。研究团队历时近5年时间，创建了质子交换膜二氧化碳电解系统，以此设计出的二氧化碳电解反应器能连续稳定运行5000小时以上，并且让甲酸的生成率超过93%。
据介绍，在当前电催化二氧化碳还原技术中，使用的电解液大多呈碱性。转化过程中，相当一部分二氧化碳会被碱性电解液吸收并生成大量碳酸盐沉积在电极表面，导致转化效率低。对此，研究团队尝试采用酸性电解液来提升转化效率，并利用废旧铅酸电池制取了一种用于二氧化碳电解的铅基耐酸腐蚀的电催化剂，破解了许多催化剂不耐酸腐蚀、难以高效稳定进行还原反应的难题。这种耐酸腐蚀的铅基催化剂的全新反应机理，让二氧化碳在电解过程中只产生甲酸和少量氢气，极大提升了转化效率。
夏宝玉说，研究团队还发现在二氧化碳转化为甲酸的过程中，过去借助水来完成氧化反应会生成阳极副产物，腐蚀电解系统中的关键部件——质子交换膜，影响电解系统寿命。对此，团队用氢气替换了水，实践表明可以有效避免质子交换膜被腐蚀，并减少系统的耗电量，进一步提高了电解系统稳定性和寿命。
“这一技术具有可观的经济价值。”夏宝玉表示，实践证明团队设计的二氧化碳电解反应器能在高效稳定运行的基础上，有效提升二氧化碳转化为甲酸的效率，并有望实现工业化应用。
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