電催化二氧化碳還原（ECO₂R）技術能將二氧化碳轉化為碳中和燃料和化學品，為工業減碳提供可持續解決方案。儘管此技術在催化劑研發方面已取得顯著進展，但其大規模工業應用仍因質量傳遞缓慢而有所限制。光子技術研究院副院長兼納米材料講座教授劉樹平教授領導的團隊，成功開發出一種高擴散通量氣體擴散電極（HDF-GDE），在無鹼金屬陽離子系統中突破了此瓶頸，並成功在工業電流密度下實現高效二氧化碳轉化。
動力學分析顯示，轉化過程主要受質量傳遞效率影響，而非受流速所控制。團隊透過改良GDE結構，提升了二氧化碳擴散和GDE利用率，建構出長期穩定（>1000小時）的千瓦級ECO₂R系統，能依據催化劑選擇生產一氧化碳或乙烯。於3升/分鐘的二氧化碳流量下，系統在1000小時內可產出144公斤一氧化碳（1.29千瓦）或17公斤乙烯（1.95千瓦）。這套配備了HDF-GDE的無鹼金屬陽離子ECO₂R系統，展現出大規模製備一氧化碳或乙烯的潛力，彌補實驗室創新與實際應用之間的鴻溝，推動碳中和燃料和化學品製造。
此突破不僅解決了質量傳遞和系統穩定性的關鍵挑戰，更為ECO₂R技術在工業領域的實際應用奠定基礎。研究透過驗證在技術和經濟可行性，為碳中和燃料及化學品的大規模生產樹立新標杆，助力全球可持續能源發展與氣候變遷緩解。
相關研究「Kilowatt-scale alkali-cation-free CO2 electrolysis via accelerating mass transfer」已發表於《Nature Communications》。
閱讀研究全文：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69175-9
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