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甲酸电解槽“负碳”电催化转化的实现路径
点击次数：12 更新时间：2026-02-04
甲酸电解槽的“负碳”电催化转化，核心是依托可再生能源驱动，将二氧化碳（CO₂）等含碳废弃物高效转化为甲酸，同时实现碳固定与资源化利用，契合“双碳”目标下碳循环的发展需求。其核心逻辑是通过电催化反应重构碳化学键，将温室气体或低值含碳原料转化为高价值甲酸产物，全程规避化石能源消耗与额外碳排放，依托催化剂优化、电解体系设计及原料耦合管控，构建闭环负碳转化体系，广泛适配环保、化工等低碳场景。
高效催化剂选型与改性，是实现负碳转化的核心支撑。甲酸电催化转化的关键是提升CO₂还原选择性、降低反应能垒，减少析氢等副反应导致的碳损失与能耗增加。目前主流采用铋基、锡基及双金属复合催化剂，其中铋-铜双金属氧化物催化剂在200-650mA·cm⁻²宽电流密度范围内，甲酸法拉第效率可达90%以上，且能通过金属相保护策略抑制铋溶出，实现500小时稳定运行。锡基催化剂经氯掺杂或氧化铟改性后，可显著增强CO₂吸附能力，在安培级电流密度下甲酸法拉第效率至高可达99%，大幅提升碳转化效率。
优化电解体系设计，破解碳损失与能耗瓶颈。传统碱性体系易引发CO₂碳酸化副反应，导致碳利用率下降，甲酸电解槽通过精准调控电解液酸碱度实现高效负碳转化。酸性体系可直接生成甲酸，规避后续酸化处理的额外能耗与碳损失，搭配氧化铟改性的二氧化锡/石墨烯复合催化剂，可在pH=1的强酸环境中，实现700mA·cm⁻²电流密度下98.3%的甲酸选择性。中性体系则能平衡催化活性与稳定性，依托三维中空镍纤维气体透散电极增强传质，实现93%的CO₂单程转化率。
耦合可再生能源与含碳原料，筑牢负碳核心根基。负碳转化的关键是杜绝化石能源依赖，甲酸电解槽优先搭配风电、光伏等绿电驱动电催化反应，替代传统火电，从能源端消除碳排放。原料端可实现多元含碳废弃物耦合转化，既可以直接处理工业排放的高浓度CO₂，将温室气体转化为高价值甲酸，也可耦合甘油等生物质废弃物，通过阳极甘油氧化反应替代析氧反应，在节能降耗的同时实现甲酸高效制备，阴极还可同步产氢，提升能源利用率。
构建碳闭环与产物高值化，延伸负碳价值链条。甲酸电解槽的负碳转化并非单一的碳固定，而是形成“含碳废弃物-甲酸-高价值产物”的闭环体系。制备的甲酸可通过合成生物学手段，被工程菌转化为琥珀酸、乳酸等可降解塑料单体，进一步合成PBS、PLA等生物可降解材料，实现碳的长期固定与资源化复用。同时，甲酸可作为液体燃料或化工原料，替代化石基原料，减少下游产业的碳排放，形成全链条负碳效应。
强化电解槽结构优化与工艺管控，保障负碳转化稳定性。采用酸碱双电解质流动电解器等新型结构，可降低反应过电位，仅需0.36V电压即可实现10mA·cm⁻²电流密度，大幅降低能耗。通过精准控制反应温度、压力及原料流速，减少副反应发生，提升碳转化效率；优化电极结构与密封性能，避免气体泄漏与原料浪费，确保长期稳定运行。
甲酸电解槽通过高效催化剂改性、电解体系优化、绿电耦合及碳闭环设计，实现“负碳”电催化转化，既解决了CO₂等含碳废弃物的排放问题，又实现了碳资源的高值化利用。其技术路径贴合双碳目标与绿色化工发展需求，有望推动碳循环产业落地，为工业领域碳减排提供可靠支撑。
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