用电化学方法将CO2转化为乙酸，一种高效、环保和可持续的技术
二氧化碳（CO2）是一种主要的温室气体，导致全球气候变化和环境问题。利用电化学方法将CO2还原（CO2RR）为有价值的化学品，可以实现碳循环的闭合，同时储存可再生能源。在众多的CO2RR产品中，乙酸是一种重要的C2工业原料，广泛用于合成纤维、塑料、染料、药物等。然而，目前的乙酸生产主要依赖于甲醇羰基化反应，需要使用有机金属催化剂和卤素促进剂，在高温高压条件下进行。这种方法不仅消耗大量的能源和资源，而且产生有害的副产物和废水。因此，开发一种直接、高效和环保的电化学乙酸合成技术，具有重要的科学意义和工程价值。
斯坦福大学的研究人员（华人团队）发文报道了一种由Cu(OH)2衍生的Cu/CuOx催化剂，可以在含硼酸盐添加剂的KOH电解液中，在58大气压下的CO2(g)环境下，实现了87%的法拉第效率（FE）的CO2RR到乙酸。揭示了溶解CO2(aq)和质子供体HCO3-的高低浓度分别是乙酸生成的关键因素。原位拉曼光谱表明，在高压下，在Cu(I)上形成了氧键双齿中间体OC?O作为乙酸的前驱体。本文通过将CO2(s)熔化，将CO2(l)引入到CO2(g)和电解液之间的界面，进一步增加了[CO2(aq)]，并将乙酸的部分电流密度提高到86mAcm-2，FE为71%。本文通过在阴极表面涂覆一个Cu2+交联的海藻酸涂层，显著提高了Cu/CuOx催化剂的耐久性，在20小时的反应过程中，直接从CO2RR得到了30mgh-1cm-2的乙酸钾产率。
本文使用了一种简单而有效的方法制备了Cu/CuOx催化剂。首先，在玻璃纤维纸上沉积Cu(OH)2纳米片，然后在空气中热处理得到Cu/CuOx复合物。这种催化剂具有较大的比表面积和较高的活性位点密度，有利于提高CO2RR性能。本文使用了一个自制的高压反应器进行了电化学实验。反应器内部装有一个玻璃管作为阴极室，一个不锈钢管作为阳极室，并用聚四氟乙烯隔膜隔开。阴极室内充满了含硼酸盐添加剂（0.1MH3BO3/0.05MNa2B4O7）的KOH电解液（0.1M），并用CO2(g)或CO2(s)保持高压。阳极室内充满了含Na2SO4的去离子水（0.5M），并用氮气保持恒压。阴极为Cu/CuOx催化剂，阳极为铂网。电化学实验在恒流模式下进行，采用一个电位统计仪控制电流，并记录电位变化。反应过程中，采集气体和液体产物，并用气相色谱仪和离子色谱仪分析其组成和含量。本文使用了原位拉曼光谱技术研究了Cu/CuOx催化剂在不同压力下的CO2RR过程中的表面物种变化。原位拉曼光谱实验在一个透明的高压反应器中进行，反应器内部装有一个石英玻璃管作为阴极室，一个不锈钢管作为阳极室，并用聚四氟乙烯隔膜隔开。阴极室内充满了含硼酸盐添加剂（0.1MH3BO3/0.05MNa2B4O7）的KOH电解液（0.1M），并用CO2(g)保持高压。阳极室内充满了含Na2SO4的去离子水（0.5M），并用氮气保持恒压。阴极为Cu/CuOx催化剂，阳极为铂网。电化学实验在恒流模式下进行，采用一个电位统计仪控制电流，并记录电位变化。拉曼光谱实验使用一个激光拉曼光谱仪，激光波长为nm，功率为10mW，采集时间为10s。拉曼光谱实验在不同的电流密度和CO2压力下进行，分析了催化剂表面的振动模式和物种分布。
结论：
本文提出了一种高效、环保和可持续的电化学乙酸合成技术，利用了一种由Cu(OH)2衍生的Cu/CuOx催化剂，在高压CO2(g)或CO2(l)环境下，在含硼酸盐添加剂的KOH电解液中，实现了高达87%的法拉第效率和86mAcm-2的部分电流密度的CO2RR到乙酸。本文揭示了溶解CO2(aq)和质子供体HCO3-的浓度对乙酸选择性的影响，以及在高压下，在Cu(I)上形成的氧键双齿中间体OC?O作为乙酸的前驱体。本文还发现了通过将CO2(s)熔化，将CO2(l)引入到CO2(g)和电解液之间的界面，进一步增加[CO2(aq)]，从而提高乙酸产率的方法。本文还展示了通过在阴极表面涂覆一个Cu2+交联的海藻酸涂层，显著提高Cu/CuOx催化剂的耐久性，在20小时的反应过程中，直接从CO2RR得到了30mgh-1cm-2的乙酸钾产率。
本文为开发一种直接、高效和环保的电化学乙酸合成技术，提供了一个有力的证据和范例。本文的技术可以实现碳循环的闭合，同时储存可再生能源，并为乙酸及其衍生物的工业生产提供了一个新的途径。本文还为进一步优化催化剂结构、探索反应条件、理解反应机理、提高反应性能等方面提供了一些启示和建议。未来，还需要进一步研究如何将本文的技术规模化、集成化、模块化，并与其他电化学或光化学过程相结合，实现更多种类和更高附加值的CO2RR产品。
Li,J.,Kuang,Y.,Zhang,X.etal.Electrochemicalacetateproductionfromhigh-pressuregaseousandliquidCO2.NatCatal().doi.org/10./s---8
