第一作者：Alessandro Senocrate

通訊作者：Alessandro Senocrate

通訊單位：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

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電化學(xué)CO₂還原（eCO₂R）是一種將CO₂轉(zhuǎn)化為可持續(xù)燃料和化學(xué)品的有前景的策略，但需要開發(fā)能夠準確且可重復(fù)評估催化劑、電極和電解槽性能的分析系統(tǒng)和方法。

本論文介紹了一套基于商業(yè)硬件的全面分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過色譜法捕捉超過20種氣體和液體產(chǎn)品的實時數(shù)據(jù)，時間分辨率小于5分鐘，并跟蹤氣體流量、監(jiān)控電解槽溫度和流量壓力，記錄電解槽電阻和電極表面積。為補充硬件，研究者開發(fā)了開源軟件，自動解析、時間對齊和后處理異構(gòu)數(shù)據(jù)，得出法拉第效率和校正電壓等量值。通過在八個并聯(lián)電解槽單元上執(zhí)行測量和數(shù)據(jù)分析，展示了系統(tǒng)的能力。

圖文導(dǎo)讀

圖1：連接到三室電化學(xué)電池的全面分析系統(tǒng)的示意圖。

圖2：通過氣相色譜（GC）和高效液相色譜（HPLC）得到的常見eCO₂R產(chǎn)品的色譜圖。

圖3：開源軟件自動生成的數(shù)據(jù)圖表。

圖4：電解液中揮發(fā)性分析物的損失。

圖5：在Cu GDE上以200 mA cm^-2進行的全面實驗中收集的復(fù)雜、異構(gòu)數(shù)據(jù)集。

圖6：同時對八個并聯(lián)電解槽單元進行全面分析。

總結(jié)展望

本研究開發(fā)的電化學(xué)CO₂還原分析系統(tǒng)，通過結(jié)合在線氣體和液體產(chǎn)品分析及測量氣體流量、壓力、溫度、電解槽電阻和電極表面積，提供了一種全面評估eCO₂R性能的方法。

研究識別了評估eCO₂R活性和選擇性時誤差的主要來源，并指出法拉第效率的標準偏差不可能低于3%。通過對八個并聯(lián)電解槽的分析，研究還表明樣本間的差異對長期測量很重要，因此在穩(wěn)定性評估中需要考慮。本工作為eCO₂R催化劑、電極和電解槽的高通量、全面分析鋪平了道路，為電催化社區(qū)的數(shù)據(jù)標準化提供了藍圖，可能加速基礎(chǔ)理解和技術(shù)實施的未來。

文獻信息

標題：Parallel experiments in electrochemical CO₂ reduction enabled by standardized analytics

期刊：Nature Catalysis

DOI：10.1038/s41929-024-01172-x