上交大翁国明课题组创新突破：电化学二氧化碳捕获与释放技术助力碳中和

第一作者：李小鑫

通讯作者：翁国明

随着全球气候变化的加剧，减少二氧化碳（CO₂）排放已成为全球关注的焦点。传统的CO₂捕获技术，如胺吸收法，虽然已经广泛应用于工业领域，但其高能耗、高成本以及对环境的潜在影响仍然是一个巨大的挑战。近日，上海交通大学材料科学与工程学院氢科学中心翁国明课题组在国际顶级期刊《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）期刊上发表了一项突破性研究，提出了一种基于硫醇/二硫化物氧化还原对的电化学CO₂捕获与释放技术，为大规模CO₂捕获提供了新的解决方案。

传统的CO₂捕获技术依赖于温度变化来释放捕获的CO₂并再生捕获材料，这一过程通常伴随着高能耗和活性材料的损失。相比之下，电化学CO₂捕获与释放（ECCR）技术通过改变外加电位在等温条件下进行操作，具有能耗低、操作条件温和、灵活性高等优势。然而，现有的ECCR技术主要依赖于醌类和吡啶类分子作为吸附剂，这些分子在CO₂捕获过程中对水分敏感，且溶解度较低，限制了其大规模应用。

在这项研究中，研究团队首次提出并验证了一系列硫醇/二硫化物氧化还原对，这些材料具有高溶解度和弱质子化能力，能够可逆地捕获和释放CO₂。通过密度泛函理论（DFT）计算、循环伏安法和傅里叶变换红外光谱（FTIR）测量，研究团队详细阐明了这些氧化还原对的CO₂捕获与释放机制。此外，研究团队还通过功能基团调控和电解质工程，显著提高了这些材料的氧化还原性能。

研究团队发现，4-氟苯基硫醇/4-氟苯基二硫化物氧化还原对在模拟烟气（20% CO₂）条件下表现出优异的CO₂捕获与释放性能。该材料在流动系统中的初始CO₂容量利用效率接近100%，平均释放/捕获效率约为90%，并且在潮湿环境下表现出良好的循环稳定性。这一发现为开发低成本、高溶解度的CO₂吸附剂提供了新的思路。

这项研究为开发可持续、高性能的CO₂吸附剂提供了新的方向。未来，研究团队将进一步优化材料结构和支持电解质选择，提升系统的能量效率和CO₂捕获能力。此外，该技术还可以与可再生能源发电相结合，利用间歇性和分散的电力资源，进一步降低CO₂捕获的能耗和成本。

随着全球对碳中和目标的追求，电化学CO₂捕获与释放技术有望成为未来碳捕集与封存（CCS）领域的重要工具。上海交通大学的研究团队在这一领域的突破性进展，不仅为CO₂减排提供了新的技术路径，也为全球应对气候变化贡献了中国智慧。

Li, X., Deng, C., Chen, R., et al. (2025). Exploiting thiolate/disulfide redox couples toward large-scale electrochemical carbon dioxide capture and release. Energy & Environmental Science. 

DOI: 10.1039/d4ec04739g