突破性發現！酸泡處理讓二氧化碳轉燃料技術效能大幅提升

萊斯大學研究團隊日前在《科學》期刊發表一項突破性研究，他們開發出一種極其簡便的新技術，能讓二氧化碳電化學轉化設備的穩定性提升超過50倍。這項技術的核心概念，就是讓二氧化碳通過酸性氣泡溶液進行處理。

這項研究解決了二氧化碳還原系統長期以來最棘手的問題：鹽類結晶堆積導致氣體流道堵塞。研究團隊提出的「酸霧化二氧化碳」技術，不僅能大幅延長設備壽命，更在放大規模的反應器中實現超過4,500小時的穩定運轉，創下該領域的新里程碑。

二氧化碳電化學還原(CO₂RR)是近年備受矚目的綠色科技，它利用再生能源產生的電力，將造成溫室效應的二氧化碳轉化為具有商業價值的一氧化碳、乙烯或醇類等產物。這些產物不僅能再精煉成燃料，也可應用於工業製程，有望將環境污染物轉化為有用的原料。

然而，這項技術始終面臨系統穩定性不足的困境。主要問題在於碳酸氫鉀鹽類會在氣體流道中結晶堆積，這些鹽類是在高pH值環境下，由從陽極液穿過陰離子交換膜移動到陰極反應區的鉀離子與二氧化碳結合所形成。

「鹽類結晶會阻礙二氧化碳傳輸，並導致氣體擴散電極浸水，最終造成系統失效。」該研究通訊作者、萊斯大學化工與生物分子工程系副教授王浩天解釋，「通常幾百小時內就會發生這種情況，遠達不到商業應用的標準。」

研究團隊採用了創新的解決方案：他們不再使用水來濕潤輸入反應器的二氧化碳氣體，而是讓氣體通過鹽酸、甲酸或乙酸等酸性溶液形成氣泡。微量酸霧被帶入陰極反應室，足以改變局部化學環境。由於這些酸形成的鹽類溶解度遠高於碳酸氫鉀，因此不會結晶堵塞通道。

實驗結果令人驚豔：在使用銀觸媒（將CO₂轉化為一氧化碳的常用標準）的測試中，實驗室規模的設備能穩定運轉超過2,000小時，而100平方公分的放大電解槽更達到4,500小時以上。相較之下，使用傳統水霧化二氧化碳的系統僅能維持約80小時就會因鹽類堆積而失效。

特別值得一提的是，這項酸霧化技術適用於多種觸媒類型，包括氧化鋅、氧化銅和氧化鉍等針對不同CO₂RR產物的觸媒。研究也證實該技術能順利放大規模，在大型設備中仍保持能源效率並避免鹽類堵塞。

研究團隊採用特製透明流道板的反應器進行即時觀測，發現傳統水霧化處理下，鹽類晶體在48小時內就會形成；而使用酸霧化二氧化碳時，即使運轉數百小時也未見明顯結晶堆積，少量沉積物最終也會溶解並排出系統。

「這項發現對二氧化碳電解技術具有重大意義。」共同第一作者、萊斯大學化工系研究生Ahmad Elgazzar表示，「我們以低成本、易實施的方案解決了長期存在的技術障礙，讓碳利用技術離商業化和永續發展更近一步。」

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