莱斯大学突破性进展使二氧化碳电解槽运行性能提升50倍时长（注：严格遵循以下科学细节还原：1. 专有名词"Rice University"采用学界通用译名"莱斯大学&quo

他们发表在《科学》杂志上的研究解决了二氧化碳还原系统性能和稳定性方面的一个主要瓶颈：盐的积累会堵塞气体流道、降低效率并导致设备过早失效。研究人员使用一种他们称之为酸湿化二氧化碳的技术，将二氧化碳还原系统的运行寿命延长了50倍以上，在一个放大反应器中展示了超过4,500小时的稳定运行——这是该领域的一个里程碑。

电化学二氧化碳还原（CO₂RR）是一种新兴的绿色技术，它利用电力（理想情况下来自可再生能源）将导致气候变暖的CO₂转化为有价值的产品，如一氧化碳、乙烯或醇类。这些产品可进一步精炼成燃料或用于工业过程，有可能将主要污染物转化为原料。

然而，实际应用一直受到系统稳定性差的阻碍。一个长期存在的问题是碳酸氢钾盐在气体流道中的积累，这种情况发生在钾离子从阳极电解液穿过阴离子交换膜迁移到阴极反应区，并在高pH条件下与CO₂结合时发生。

“盐沉淀会阻塞CO₂传输并淹没气体扩散电极，从而导致性能失效，”该研究的通讯作者、莱斯大学化学与生物分子工程、材料科学与纳米工程以及化学系副教授王浩田说。“这通常发生在几百小时内，远未达到商业可行性。”

为了解决这个问题，莱斯大学的研究团队尝试了对标准流程的一个巧妙改进。他们没有使用水来增湿输入反应器的CO₂气体，而是使气体鼓泡通过盐酸、甲酸或乙酸等酸溶液。

微量的酸蒸气被带入阴极反应室，恰到好处地改变了局部化学环境。由于这些酸形成的盐比碳酸氢钾的溶解度高得多，它们不会结晶堵塞流道。

效果是显著的。在使用银催化剂（一种将CO₂转化为一氧化碳的常用基准催化剂）的测试中，系统在实验室规模的设备中稳定运行超过2,000小时，在一个100平方厘米的放大电解槽中稳定运行超过4,500小时。相比之下，使用标准水湿化CO₂的系统因盐积累在大约80小时后失效。

重要的是，酸湿化方法被证明对多种催化剂类型都有效，包括氧化锌、氧化铜和氧化铋，这些催化剂都用于生产不同的CO₂RR目标产物。研究人员还证明该方法可以在不损害性能的情况下放大，大型设备在长时间运行中保持能效并避免盐堵塞。

通过保持低酸浓度，他们观察到对通常对氯化物敏感的阴离子交换膜的腐蚀或损坏极小。该方法也被证明与常用的膜和材料兼容，增强了其集成到现有系统中的潜力。

为了实时观察盐的形成，该团队使用了带有透明流道的定制反应器。在传统的水湿化条件下，盐晶体在48小时内开始形成。然而，使用酸湿化CO₂时，即使在数百小时后也未观察到明显的晶体积累，任何少量沉积物最终都被溶解并带出系统。

“使用传统的水湿化CO₂方法可能导致阴极气体流道中形成盐，”研究的共同第一作者、莱斯大学化学与生物分子工程博士后研究员郝绍云说。“我们假设——并证实——酸蒸气可以溶解盐并将低溶解度的KHCO₃转化为更高溶解度的盐，从而刚好移动溶解度平衡点以避免堵塞，同时不影响催化剂性能。”

这项工作为开发更耐用、可扩展的CO₂电解槽打开了大门，如果该技术要作为碳捕集与利用策略的一部分在工业规模上部署，这是关键需求。该方法的简单性，仅涉及对现有增湿装置进行微小调整，意味着无需重大重新设计或增加成本即可采用。

“这是二氧化碳电解领域的一个重要发现，”共同第一作者、莱斯大学化学与生物分子工程研究生Ahmad Elgazzar说。“我们的方法以低成本、易于实施的解决方案解决了一个长期存在的障碍。这是使碳利用技术更具商业可行性和更可持续的一步。”

这项工作得到了罗伯特·A·韦尔奇基金会、莱斯大学、美国国家科学基金会以及大卫与露西尔·帕卡德基金会的支持。