电化学CO2捕集作为一种前景广阔的CO2捕集方案，因其能够利用可再生清洁电力而备受关注。然而，这种技术在实际应用中存在过程不稳定、不连续、高能源需求以及难以大规模应用等一系列挑战。

2024年12月30日，谢和平院士团队以深圳大学和四川大学共建的深地工程智能建造与安全运维全国重点实验室为第一单位在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Continuous decoupled redox electrochemical CO2capture》的研究论文，刘涛研究员、王云鹏、吴一凡副研究员、蒋文川助理研究员为论文共同第一作者，谢和平院士和刘涛研究员为论文共同通讯作者。

在本文中，作者提出了一种全新的策略，通过将传统的单步电化学反应转化为电化学-化学相耦合的双步反应过程，通过在阴极和阳极上分别进行氢气析出反应（HER）和有机还原载体（QH2）的氧化反应，巧妙调节电解液的酸碱性，从而实现高效的CO2捕集过程。

通过在时间和空间域中将CO2捕获的电化学循环与氧化还原载体再生过程解耦，这种方法减少了不需要的副反应并增强了系统稳定性。实验结果表明，该技术能够在200小时内稳定运行，在10 mA cm-2的电流密度下，电功为 49.16 kJemol-1。

此外，每日能够生成高纯二氧化碳0.4千克，稳定运行超72小时！进一步验证了该方法在放大规模减碳应用中的可行性。

图1：氧化还原解耦的电化学碳捕集原理示意图

图2：DREC系统的概念验证

图3：化学还原反应和电化学氧化反应的匹配验证

图4：AQDS在电化学-化学反应过程中的稳定性测试

图5：氧化还原解耦的电化学碳捕集技术性能测试

图6：CO2的电化学碳捕集原理样机与性能验证

综上，作者开发了一种电化学CO2捕集策略，将传统的单步电化学反应转化为电化学-化学相耦合的双步反应。这种方法可以通过pH的变化实现连续且稳定的CO2捕集，避免了氧气对系统的干扰。

该技术能够在200小时内稳定运行，电功约49.16 kJemol-1。在72小时的放大实验中，电功约为92.93kJemol-1。

通过设计还原电位更接近析氢反应的分子结构、采用更高效的阴离子交换膜以及优化工艺参数，可以进一步优化性能。

这项工作提出了电化学CO2捕集的视角，并为该领域长期存在的可扩展性和高能耗挑战提供了潜在的解决方案。

Liu, T., Wang, Y., Wu, Y. et al. Continuous decoupled redox electrochemical CO2capture.Nat. Commun., (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-55334-3.