新闻资讯
NEWS CENTER
29
2026
-
05
Science子刊：把电极“分开”，膜分隔设计实现低能耗碳捕集
作者：
背景
从低浓度烟气中捕集CO₂是实现碳中和的关键步骤之一。相比传统胺吸收或热驱动分离技术，电化学碳捕集因其低能耗与可与可再生能源耦合的优势，逐渐成为研究热点。其中，*电容驱动的摆动吸附（SSA）技术尤为引人关注，但其实际应用仍面临瓶颈：捕集速率低、能耗偏高。这一问题的根源在于传统SSA体系中，两个电极共享同一电解液环境，难以形成有效的局部pH梯度，从而限制了CO₂向碳酸盐/碳酸氢盐转化的驱动力，导致捕集效率难以提升。如何在体系中构建可控的局部化学环境，成为突破性能的关键。
创新
近日，澳大利亚昆士兰大学张西旺院士团队提出“膜分隔电极界面调控策略”，通过空间分离实现局部化学环境的*构建。通过在电极之间引入阳离子交换膜（CEM），将两个电极环境有效分隔，使气体侧负极在充电过程中形成局部高碱性界面。这一碱性环境来源于电双层中的水分解反应，可持续产生OH⁻，从而驱动CO₂向碳酸氢根/碳酸根转化，实现*捕集。这种“pH摆动机制”显著强化了CO₂捕集动力学，同时避免了传统体系中副反应的发生。最终，该系统在20% CO₂条件下实现高达893 mmol kg⁻¹的捕集容量和1281 mmol kg⁻¹ h⁻¹的快速捕集速率；在较低电压下，能耗低至32 kJ mol⁻¹，并可稳定运行超过200小时。
意义
该工作突破了传统SSA体系中“对称电极限制化学环境调控”的关键瓶颈，通过膜分隔实现电极界面的功能分区，将CO₂捕集从“被动吸附”转变为“界面反应驱动”。更重要的是，该研究提出了一个具有普适意义的设计理念：通过膜调控离子传输路径，从而在纳米尺度构建动态化学环境。这不仅适用于CO₂捕集，也为电化学分离、催化及能量转化等领域提供了新的设计思路。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/rqWrbZfegwMxpgFp1xZLNQ
相关新闻
