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第一作者：王莹莹
通讯作者：康鹏
通讯单位：天津大学
DOI：10.1021/acsenergylett.6c02057
感谢天津大学康鹏团队（第一作者：王莹莹）校稿！
本文所用
液流反应器电解槽
由武汉之升新能源有限公司提供
《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》
CO2捕集、利用和封存技术（CCUS）是实现碳达峰、碳中和的有效手段。传统上，人们常采用依赖温度摆动的热捕集技术实现CO2捕获，虽然该技术能够实现高捕获容量，但是吸附剂再生和CO2释放过程需要高温高压的操作条件，从而导致成本高、能耗大。电化学介导的碳捕集技术，能够与可再生能源相耦合，吸引了越来越多的关注。尽管电化学介导碳捕集技术具有环境友好优势，但其大多依赖于有机分子的氧化还原过程。在此过程中，还原态活性分子极易受到氧气的干扰而发生副反应，这不仅导致CO2捕获容量降低，还增加了在烟气和环境空气应用场景的适配难度。
1.电化学测试：相比于其他结构类似的分子，TBPDO分子由于存在合适的分子结构，表现出最佳的氧化还原可逆性。在宽pH范围（pH 2-14）内，该分子的CV曲线依然保持良好可逆性。Pourbaix图拟合曲线证实，TBPDO能够发生质子耦合电子转移过程（H+：e–=1:1）。
2.流动电解示意图和DAC单圈循环：在环境空气氛围下，基于TBPDO的混合流动体系，通过TBPDO的氧化还原过程，能使电解液产生足够的pH变化，以实现CO2捕获与释放。
3.流动电解性能讨论：多圈DAC循环表明，基于TBPDO在环境空气氛围内表现出良好的稳健性，其释放/捕获可逆性为92%，CO2容量利用率为88%，库仑效率为81%，能耗为149 kJ mol-1CO2。在同等条件下，TBPDO体系的碳捕获性能优于未能在还原态构建分子内氢键的蒽醌（库仑效率为42%）和吩嗪（库仑效率为51%）体系。
4.机理讨论：结合同位素标记法的电化学原位红外光谱图显示，sp2杂化的氧原子作为氧化还原反应的活性位点，展宽的O–H谱峰表明存在分子内氢键。核磁共振氢谱（1H NMR）显示，r-TBPDOH2能在空气条件下稳定存在30天，并且TBPDO经100圈充放电循环前后，谱峰吻合，表明TBPDO的氧化还原可逆性好。
DFT计算显示，在r-TBPDOH2中存在分子内氢键和π-π共轭相互作用，两者的协同作用，降低了r-TBPDOH2中氧原子的电子云密度，从而动力学地减少氧气对其的氧化作用，增强体系的氧气耐受性。
综上所述，本研究展示了一种电化学DAC系统，其中固定于碳毡上的TBPDO作为氧化还原的介质，能够使电解液产生pH摆动，实现CO2捕集与释放。通过在r-TBPDOH2中引入分子内氢键（O−H···N=C）保护机制，动力学地避免氧气对r-TBPDOH2的氧化，增强体系在含氧氛围下的稳健性。