二氧化碳排放导致的温室效应全球瞩目，电催化二氧化碳还原制一氧化碳是实现二氧化碳转化的理想路径。电催化二氧化碳还原反应发生在气、液、固界面，反应物和产物的传输是影响反应速率的关键因素，电解池的结构设计对该反应的速率影响显著。基于膜电极的新型电解池可有效降低电极间距，减少欧姆电阻；强化二氧化碳扩散，增强传质；同时电极设计更为方便，利于放大。催化电极材料是膜电极的关键材料之一，采用行之有效的策略开发具有低过电位、高选择性等特点的催化材料，可有效地提升电催化二氧化碳还原的性能。此外，离子交换膜是膜电极电解池的另一关键材料之一，其性能优劣对电催化二氧化碳还原效果影响较大。目前针对离子交换膜的研究非常欠缺。因此，我们从分子结构设计和调控的角度去改善离子交换膜的理化性能，尤其是其离子传导能力、机械性能、尺寸稳定性等，深入研究气体扩散电极和离子交换膜的相互匹配与结合方式，优化电催化二氧化碳还原的工艺条件，获得优异的电催化二氧化碳还原效果。

碳循环及电催化CO₂还原装置^{[Ref. Appl. Energy 277 (2020) 115557]}

代表性成果：

一、学术论文

[1] Jinchao Li, Zeyu Cao, Xinai Zhang, Ling Gao, Xueling Liu, Liang Chen*, Yaping Zhang*, Qingchun Zhang*, Ping Zhang, Tianxia Liu. Gram-scale synthesis of Ni-Zn diatomic sites catalyst for efficient electrochemical CO₂ reduction, Molecular Catalysis (2024) 558: 114050.

[2] Jinchao Li, Jingfeng Li, Zeyu Cao, Bo Zhang, Xinai Zhang, Xueling Liu, Tianxia Liu, Yaping Zhang*. Enhanced OH⁻ conductivity and stability of polybenzimidazole membranes for electrocatalytic CO₂ reduction via grafting and crosslinking strategies, Journal of Membrane Science (2023) 685: 121985.

[3] Zeyu Cao, Jingfeng Li, Xinai Zhang, Bo Zhang, Jinchao Li*, Yaping Zhang*, Qingchun Zhang, Ping Zhang, Yingze Song. Atomically dispersed copper-nickel electrocatalyst for highly selective electroreduction of CO₂ at wide potential range, Journal of Alloys and Compounds, (2023) 968: 172250.

[4] Jingfeng Li, Zeyu Cao, Bo Zhang, Xinai Zhang, Jinchao Li*, Yaping Zhang*, Hao Duan. Electrochemical conversion of CO₂ to CO utilizing quaternized polybenzimidazole anion exchange membrane, Membranes (2023) 13: 166.

[5] 曹泽宇，张心爱，张 博，刘雪铃，李劲超* ，张亚萍. 镍纳米颗粒调控MOF 基镍-氮碳催化剂高效电催化还原 CO₂的研究，现代化工（2024）44: 94-100.

二、发明专利

[1] 张亚萍，李劲超，曹泽宇，李静凤，张心爱，张博，段浩. 一种高效电催化还原CO₂为CO的双原子电催化剂的制备及应用，ZL 202211411626.2

[2] 李劲超，张亚萍，李静凤，段浩，曹泽宇，段浩，罗钢，黄文恒，龙俊，胥文杰，刘军. 一种聚苯并咪唑季铵盐阴离子交换膜在电催化CO₂中的应用，ZL 202111442670.5

[3] 李劲超，张亚萍，曹泽宇，李静凤，张博，张心爱，段浩，罗钢. 一种用于电催化CO₂还原的双金属催化材料的制备及应用，ZL 202210487375.X

资助项目：

国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点项目，（No. U20A20125），在研。