在"双碳"目标与可再生能源加速发展的背景下,电催化二氧化碳还原(CO2RR)被认为是实现碳资源循环利用、并将间歇性电能转化为高附加值化学品的重要路径。其中,甲酸因兼具液体燃料与化工原料属性,成为最具应用前景的CO2还原产物之一。然而,当前相关研究大多聚焦于催化剂活性与选择性的提升,却相对忽视了一个决定工业化可行性的关键问题------液体产物的连续分离与纯化。传统液态电解质体系虽然应用广泛,但在反应过程中容易因阴极局部生成OH-而诱发CO2向碳酸盐/碳酸氢盐转化,不仅带来额外的CO2损失,还会降低体系效率和长期稳定性;与此同时,产物通常与电解液混合,后续分离成本高。固态电解质为"边反应边分离"提供了新思路,但其离子传输能力不足、机械稳定性有限等问题,制约了高电流密度下纯液体产物的连续制备。
基于此,浙江大学化学系单冰课题组报道了一种分子工程化设计的强韧聚电解质(PDAM),成功实现了CO2到纯甲酸的连续电还原转化。该聚电解质采用独特的双网络结构,由阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAM)经两步自由基聚合构建而成(图1)。与传统的固态电解质(如苯乙烯-二乙烯基苯共聚物,ISDB)不同,PDAM避免了苯环单元之间的π-π堆积,形成了连续的三甲铵阳离子传导网络。这种连续离子通道结构,赋予了PDAM高达53 mS cm-1的OH-电导率(20 °C),这一数值是传统固态电解质的3倍以上。更重要的是,PDAM具有优异的机械稳定性,能够经受长时间的水流冲刷;而传统ISDB颗粒结构松散,易被水流冲散、迁移,导致离子通道破坏。
