电催化二氧化碳还原（ECO₂R）技术能将二氧化碳转化为碳中和燃料和化学品，为工业减碳提供可持续解决方案。尽管此技术在催化剂研发方面已取得显著进展，但其大规模工业应用仍因质量传递缓慢而有所限制。光子技术研究院副院长兼纳米材料讲座教授刘树平教授领导的团队，成功开发出一种高扩散通量气体扩散电极（HDF-GDE），在无碱金属阳离子系统中突破了此瓶颈，并成功在工业电流密度下实现高效二氧化碳转化。
动力学分析显示，转化过程主要受质量传递效率影响，而非受流速所控制。团队透过改良GDE结构，提升了二氧化碳扩散和GDE利用率，建构出长期稳定（>1000小时）的千瓦级ECO₂R系统，能依据催化剂选择生产一氧化碳或乙烯。于3升/分钟的二氧化碳流量下，系统在1000小时内可产出144公斤一氧化碳（1.29千瓦）或17公斤乙烯（1.95千瓦）。这套配备了HDF-GDE的无碱金属阳离子ECO₂R系统，展现出大规模制备一氧化碳或乙烯的潜力，弥补实验室创新与实际应用之间的鸿沟，推动碳中和燃料和化学品制造。
此突破不仅解决了质量传递和系统稳定性的关键挑战，更为ECO₂R技术在工业领域的实际应用奠定基础。研究透过验证在技术和经济可行性，为碳中和燃料及化学品的大规模生产树立新标杆，助力全球可持续能源发展与气候变迁缓解。
相关研究「Kilowatt-scale alkali-cation-free CO2 electrolysis via accelerating mass transfer」已发表于《Nature Communications》。
阅读研究全文：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69175-9
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