金属Zn由于在地球上的丰度较高、优异的结构形态可调性以及在eCO2RR中对CO的选择性，因而越来越受到人们的关注。特定的晶面，特别是Zn(101)更有利于CO的产生，而Zn(002)主要促进HER。此外，人们已经研究了通过形态修饰如纳米颗粒、纳米棒、纳米片和多孔结构的Zn基催化剂的纳米结构，以显著实现许多活性区域和位点，从而增强CO2转化。
此外，还研究了富含Cl–/Br–/I–的电解质的卤离子效应，以通过有效地减轻HER来提高CO在Zn基催化剂上的法拉第效率(FE)。尽管付出了许多努力，目前最先进的Zn基催化剂仍然需要在选择性、催化活性和稳定性方面的改进，因为它们有限的CO生产能力限制了它们的大规模工业应用潜力。
近日，中国科学院上海高等研究院陈为、魏伟和董笑等通过反相、烧结和电化学还原相结合的创新方法，成功合成了Zn中空纤维渗透电极(Zn HPE)，并研究了其电催化CO2还原性能。
实验结果表明，Zn HPE催化剂在较宽的电流密度范围内(100~1000 mA cm-2)实现了高的CO选择性，在100和1000 mA cm-2电流密度下的CO法拉第效率分别为95.6%和81.7%。
此外，Zn HPE电极在800 mA cm-2下连续电解110小时过程中，CO法拉第效率一直保持超过90%，这种性能接近甚至超过了最先进的Zn基和其他代表性电催化剂。
结构表征结果表明，Zn纳米片在HPE表面原位形成，并且金属Zn0在eCO2RR期间保持稳定。Zn HPE的渗透效应强化了局部CO2富集，促进了更高的CO生成率(最高17 mmol h-1 cm-2)，并提高了能效(48.9%)。FTIR证实了渗透模式下CO2的快速溶解，表明电极表面活性位点的质量传递得到改善，并保持了高的局部CO2(aq)浓度。
理论计算证实，这种高的局部CO2浓度降低了关键中间体*COOH形成的能垒，并抑制了竞争性HER，从而提高了CO生产的选择性和活性。对工业规模的eCO2RR转化为CO的技术经济分析进一步表明，Zn HPE在实际应用中具有显著的成本优势。
综上，该项工作强调了电极设计和局部环境调节在提高工业CO2转化应用中反应效率的重要性，为开发高效的CO2电还原催化剂提供了重要指导。
Zinc hollow-fiber penetration electrode promotes ampere-level CO2 electroreduction for viable applications. ACS Catalysis, 2025.DOI: 10.1021/acscatal.4c07490
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