中科大开发新型电解体系，成功制备高浓度甲酸，可为电池提供动力
近日，中国科学技术大学熊宇杰教授和团队开发了一种激光照射方法，借此造出一种晶格畸变铋催化剂。
与此同时，他们还开发出一套新型电解装置，在配备湿热通风收集系统的膜电极组件上，成功实现了高浓度纯甲酸溶液的生产，并且可以连续稳定运行超过 300 小时。
即在 200mAcm-2 的工业级电流密度之下，通过 300 小时的连续电化学二氧化碳还原反应，就能生产高浓度的甲酸。
（来源：Angewandte Chemie International Edition）
为了评估这一系统的实用性，课题组进行了全面的技术经济分析和生命周期评估，结果显示本次方法有潜力替代目前主流的甲酸生产方法。
为了进一步证明本次系统的实用性，他们直接利用所生产的甲酸溶液，为空气呼吸式甲酸燃料电池提供动力。
结果发现在无需进行纯化处理的前提之下，就能获得 55mWcm-2 的功率密度，实现高达 20.1％ 的总体能量效率。
通过此，课题组描述了一种通过电化学还原二氧化碳反应直接生产甲酸、并驱动燃料电池的方法，在发展电催化二氧化碳转化驱动甲酸能源经济上具有一定的可行性。
这种利用电催化二氧化碳还原来生产纯甲酸溶液的方法，不仅有助于降低碳排放、实现碳固定的目标，而且符合国家的双碳战略。
此外，甲酸也可作为一种燃料，用于驱动甲酸燃料电池，因此有望应用于新能源汽车等领域。
由此可见，本次所生产的甲酸不仅可以作为基础化学品用于工业生产，还可以直接用作燃料，具有广阔的应用前景。
图 | 熊宇杰（来源：熊宇杰）
据了解，低碳电力的储存和利用、以及交通运输的脱碳，是未来能源转型进入低碳经济的关键组成部分。在这个背景之下，作为一种潜在的可再生能源储存和转换解决方案，甲酸能源引起了人们的广泛关注。
作为一种基本型有机化工原料，甲酸在农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业中具有广泛的应用。甲酸不仅具有高能量密度和良好的化学稳定性，而且其生产过程可以通过利用二氧化碳等温室气体实现碳循环。
因此，甲酸能源被视为可实现碳中和的关键技术之一，有望为低碳经济的发展提供重要支持。
通过电化学二氧化碳还原生产甲酸，有望成为甲酸经济中碳循环的关键环节。
但是，在很大程度上，其实际可行性受到电催化合成甲酸的浓度以及产量所限制。
同时，目前甲酸的市场价位较高，因此利用电化学的方式来生产绿色甲酸具有相当大的前景。
多年来，熊宇杰课题组一直致力于二氧化碳的可再生能源催化转化。在这项工作中，他们选择采用电催化的方式，主要是因为电力的来源广泛，可以利用间歇性能源比如风能、太阳能以及潮汐能等来进行发电，从而实现将电催化二氧化碳转化为化学品、或转化为燃料的目标。
基于此，他们首先确定利用电催化的方式来进行二氧化碳转化，以实现电催化二氧化碳还原生产特定化学品的工业应用。
然而，电催化二氧化碳还原所产生的产物较为复杂，往往包含一氧化碳、甲酸、甲烷、乙烯以及乙醇等。
经过一系列调研之后，他们发现尽管利用电催化二氧化碳还原制备的 C2+ 产物市场价值更高，但是产生 C2+ 产物需要更多的电子，导致最终需要输入的电能更多，在制备成本上的性价比并不高。
与之相比，两电子过程产生的一氧化碳和甲酸在经济性上更为优越。特别是相比一氧化碳，甲酸更容易被分离，因此后者具有较低的运输成本和存储成本。
于是，该团队决定沿着“电催化二氧化碳还原产生甲酸”这一方向前进。确定大方向之后，则需要选择合适的电催化剂。
经过调研之后，他们发现目前可以用于电催化二氧化碳还原产甲酸的催化剂，主要是锡、铋、铟、铅等基催化剂。
鉴于铋的市场价格更低、无毒且具有良好的催化性能，于是课题组选择铋作为目标催化剂。
然而，在目前文献报道之中，将铋基催化剂用于电催化二氧化碳还原生产甲酸时，电流密度的较小。
即便在大电流之下，甲酸的选择性也比较低，难以满足工业应用的需求。因此，开发高效的铋基催化剂，成为他们的下一个任务。
为了增强铋基催化剂的性能，他们决定向铋中引入缺陷。这是因为催化剂中的缺陷可以有效调控其电子结构，改善对于中间体的吸附，从而增强选择性。
同时，缺陷的引入还能产生更多的催化剂中不饱和位点，进一步增强性能。通过多次实验，他们发现可以利用激光辐照方法，合成一种非晶态的氧化铋前驱体，这种前驱体经过电化学重构之后，可以生成富含缺陷结构的金属铋催化剂。
这种催化剂不仅具有高活性，而且具有高甲酸选择性，非常容易进行批量化生产。
后来，他们发现由于电解质的缘故，导致所生成的甲酸多以甲酸盐的形式存在，同时浓度也比较低，而这将大幅增加后续的分离成本。因此，他们希望能直接实现高浓度纯甲酸溶液的大批量合成。
为此，他们耗费将近一年的时间来做实验。起初，实验结果显示尽管可以获得纯甲酸溶液，但是甲酸的法拉第效率一直很低。
经过大量实验之后，课题组终于提高了甲酸的法拉第效率。不过，他们又遇到了新的问题：所设计的反应器稳定性较差。
于是，他们耗费半年多时间进行改进，最终获得了较为稳定的电解池性能，并成功获得了高浓度的纯甲酸溶液。
（来源：Angewandte Chemie International Edition）
最终，相关论文以《二氧化碳电解浓甲酸直接驱动燃料电池》（Concentrated Formic Acid from CO2 Electrolysis for Directly Driving Fuel Cell）为题发在 Angewandte Chemie International Edition（IF 16.6）。
Zhang Chao 是第一作者，中国科学技术大学熊宇杰教授和刘敬祥教授、以及中国地质大学（武汉）蔡卫卫教授担任共同通讯作者。
图 | 相关论文（来源：Angewandte Chemie International Edition）
目前，他们仅在实验室验证了上述结果。接下来，课题组会将整体系统进行进一步的放大，继续发展基于这一系统的实际应用。
同时，他们将开发面积在 100cm2 以上的电化学反应器，并将其组装成电堆，真正实现纯甲酸溶液的大规模生产，推进电催化二氧化碳还原产甲酸的工业化应用。
另据悉，目前熊宇杰的论文总引用次数为 40000 余次，H 指数 100，曾入选科睿唯安全球高被引科学家榜单、全球前 2% 顶尖科学家榜单、以及爱思唯尔中国高被引学者榜单。
这主要基于他在“多场多相催化化学”方面的成果，尤其是基于多场耦合和多相流动条件下的催化机制及其应用的成果。
具体来说，他和团队曾创制了表界面结构可控的复合催化材料和杂化催化材料，实现了催化反应的光、电、磁、热等多物理场调控，发展了分子转化过程的能量耦合机制。
同时，还曾设计可被模块化定制的仿生催化器件，实现了催化体系的传质和传能过程强化，发展了基于多相流动控制的应用系统。
与此同时，熊宇杰还是东盟工程与技术科学院外籍院士，并担任安徽师范大学党委常委、副校长等职务。
参考资料：
1.Zhang, C., Hao, X., Wang, J., Ding, X., Zhong, Y., Jiang, Y., ... & Xiong, Y. (2024). Concentrated Formic Acid from CO2 Electrolysis for Directly Driving Fuel Cell.Angewandte Chemie International Edition, e202317628.
运营/排版：何晨龙
甲酸市场调研报告-发展趋势、机遇及竞争分析
甲酸市场报告主要研究：
甲酸市场规模： 产能、产量、销售、产值、价格、成本、利润等
甲酸行业竞争分析：原材料、市场应用、产品种类、市场需求、市场供给，下游市场分析、供应链分析、主要企业情况、市场份额、并购、扩张等
甲酸（化学式HCOOH，分子式CH2O2，分子量46.03），俗名蚁酸，是最简单的羧酸。无色而有刺激性气味的液体。
甲酸属弱电解质，熔点8.6℃，沸点100.8℃。酸性很强，有腐蚀性，能刺激皮肤起泡。存在于蜂类、某些蚁类和毛虫的分泌物中。是有机化工原料，也用作消毒剂和防腐剂。
2023年全球甲酸市场规模大约为46亿元（人民币），预计2030年将达到53亿元，2024-2030期间年复合增长率（CAGR）为3.1%。
全球蚁酸主要厂商有BASF、LUXI、Eastman、Feicheng Acid、Chongqing Chuandong Chemical等，全球前五大厂商共占有大约85%的市场份额。
目前中国是全球最大的蚁酸市场，占有大约45%的市场份额，之后是欧洲和北美市场，共占有超过45%的份额。就产品而言，含量为85%的产品是最大的细分市场，份额约为60%。就应用而言，最大的应用是农业，其次是皮革和织物。
（Win Market Research）辰宇信息
报告分析甲酸行业竞争格局，包括全球市场主要厂商竞争格局和中国本土市场主要厂商竞争格局，重点分析全球主要厂商甲酸产能、销量、收入、价格和市场份额，全球甲酸产地分布情况、中国甲酸进出口情况以及行业并购情况等。如果您有兴趣了解详情，薇 joie ：chenyu-joie 同时了解更多前沿报告及报价。针对甲酸行业产品分类、应用、行业政策、产业链、生产模式、销售模式、行业发展有利因素、不利因素和进入壁垒也做了详细分析。
全球及中国主要厂商包括：
BASF
Eastman
Perstorp
Rashtriya Chemicals and Fertilizers
Gujarat Narmada Valley Fertilizers & Chemicals
LUXI
Feicheng Acid
Chongqing Chuandong Chemical
Shijiazhuang Taihe Chemical
按照不同产品类型，包括如下几个类别：
含量为85%
含量小于85%
含量不低于90%
按照不同应用，主要包括如下几个方面：
农业
皮革和织物
橡胶
化学和制药
其它
报告包含的主要地区和国家：
北美（美国和加拿大）
欧洲（德国、英国、法国、意大利和其他欧洲国家）
亚太（中国、日本、韩国、中国台湾地区、东南亚、印度等）
拉美（墨西哥和巴西等）
中东及非洲地区（土耳其和沙特等）
报告正文共11章，各章节主要内容如下：
第1章：报告统计范围、产品细分、下游应用领域，以及行业发展总体概况、有利和不利因素、进入壁垒等；
第2章：全球市场供需情况、中国地区供需情况，包括主要地区甲酸产量、销量、收入、价格及市场份额等；
第3章：全球主要地区和国家，甲酸销量和销售收入，2019-2023，及预测2024到2030；
第4章：行业竞争格局分析，包括全球市场企业排名及市场份额、中国市场企业排名和份额、主要厂商甲酸销量、收入、价格和市场份额等；
第5章：全球市场不同类型甲酸销量、收入、价格及份额等；
第6章：全球市场不同应用甲酸销量、收入、价格及份额等；
第7章：行业发展环境分析，包括政策、增长驱动因素、技术趋势、营销等；
第8章：行业供应链分析，包括产业链、主要原料供应情况、下游应用情况、行业采购模式、生产模式、销售模式及销售渠道等；
第9章：全球市场甲酸主要厂商基本情况介绍，包括公司简介、甲酸产品规格型号、销量、价格、收入及公司最新动态等；
第10章：中国市场甲酸进出口情况分析；
第11章：中国市场甲酸主要生产和消费地区分布。
内容选自《辰宇信息咨询 /全球及中国甲酸行业研究及十五五规划分析报告》
报告内容目录
1 甲酸市场概述
1.1 甲酸行业概述及统计范围
1.2 按照不同类型，甲酸主要可以分为如下几个类别
1.2.1 不同类型甲酸增长趋势2019 VS 2023 VS 2030
1.3 从不同尺寸或应用，甲酸主要包括如下几个方面
1.3.1 不同尺寸或应用甲酸增长趋势2019 VS 2023 VS 2030
1.4 行业发展现状分析
1.4.1 甲酸行业发展总体概况
1.4.2 甲酸行业发展主要特点
1.4.3 甲酸行业发展影响因素
1.4.4 进入行业壁垒
2 行业发展现状及“十四五”前景预测
2.1 全球甲酸供需现状及预测（2019-2030）
2.1.1 全球甲酸产能、产量、产能利用率及发展趋势（2019-2030）
2.1.2 全球甲酸产量、需求量及发展趋势（2019-2030）
2.1.3 全球主要地区甲酸产量及发展趋势（2019-2030）
2.2 中国甲酸供需现状及预测（2019-2030）
2.2.1 中国甲酸产能、产量、产能利用率及发展趋势（2019-2030）
2.2.2 中国甲酸产量、市场需求量及发展趋势（2019-2030）
2.2.3 中国甲酸产能和产量占全球的比重（2019-2030）
2.3 全球甲酸销量及收入（2019-2030）
2.3.1 全球市场甲酸收入（2019-2030）
2.3.2 全球市场甲酸销量（2019-2030）
2.3.3 全球市场甲酸价格趋势（2019-2030）
2.4 中国甲酸销量及收入（2019-2030）
2.4.1 中国市场甲酸收入（2019-2030）
2.4.2 中国市场甲酸销量（2019-2030）
2.4.3 中国市场甲酸销量和收入占全球的比重
3 全球甲酸主要地区分析
3.1 全球主要地区甲酸市场规模分析：2019 VS 2023 VS 2030
3.1.1 全球主要地区甲酸销售收入及市场份额（2019-2024年）
3.1.2 全球主要地区甲酸销售收入预测（2024-2029年）
3.2 全球主要地区甲酸销量分析：2019 VS 2023 VS 2030
3.2.1 全球主要地区甲酸销量及市场份额（2019-2024年）
3.2.2 全球主要地区甲酸销量及市场份额预测（2024-2029）
3.3 北美（美国和加拿大）
3.3.1 北美（美国和加拿大）甲酸销量（2019-2030）
3.3.2 北美（美国和加拿大）甲酸收入（2019-2030）
3.4 欧洲（德国、英国、法国和意大利等国家）
3.4.1 欧洲（德国、英国、法国和意大利等国家）甲酸销量（2019-2030）
3.4.2 欧洲（德国、英国、法国和意大利等国家）甲酸收入（2019-2030）
3.5 亚太地区（中国、日本、韩国、中国台湾、印度和东南亚等）
3.5.1 亚太（中国、日本、韩国、中国台湾、印度和东南亚等）甲酸销量（2019-2030）
3.5.2 亚太（中国、日本、韩国、中国台湾、印度和东南亚等）甲酸收入（2019-2030）
3.6 拉美地区（墨西哥、巴西等国家）
3.6.1 拉美地区（墨西哥、巴西等国家）甲酸销量（2019-2030）
3.6.2 拉美地区（墨西哥、巴西等国家）甲酸收入（2019-2030）
3.7 中东及非洲
3.7.1 中东及非洲（土耳其、沙特等国家）甲酸销量（2019-2030）
3.7.2 中东及非洲（土耳其、沙特等国家）甲酸收入（2019-2030）
4 行业竞争格局
4.1 全球市场竞争格局分析
4.1.1 全球市场主要厂商甲酸产能市场份额
4.1.2 全球市场主要厂商甲酸销量（2019-2024）
4.1.3 全球市场主要厂商甲酸销售收入（2019-2024）
4.1.4 全球市场主要厂商甲酸销售价格（2019-2024）
4.1.5 2021年全球主要生产商甲酸收入排名
4.2 中国市场竞争格局
4.2.1 中国市场主要厂商甲酸销量（2019-2024）
4.2.2 中国市场主要厂商甲酸销售收入（2019-2024）
4.2.3 中国市场主要厂商甲酸销售价格（2019-2024）
4.2.4 2021年中国主要生产商甲酸收入排名
4.3 全球主要厂商甲酸产地分布及商业化日期
4.4 全球主要厂商甲酸产品类型列表
4.5 甲酸行业集中度、竞争程度分析
4.5.1 甲酸行业集中度分析：全球头部厂商份额（Top 5）
4.5.2 全球甲酸第一梯队、第二梯队和第三梯队生产商（品牌）及市场份额
5 不同类型甲酸分析
5.1 全球市场不同类型甲酸销量（2019-2030）
5.1.1 全球市场不同类型甲酸销量及市场份额（2019-2024）
5.1.2 全球市场不同类型甲酸销量预测（2024-2029）
5.2 全球市场不同类型甲酸收入（2019-2030）
5.2.1 全球市场不同类型甲酸收入及市场份额（2019-2024）
5.2.2 全球市场不同类型甲酸收入预测（2024-2029）
5.3 全球市场不同类型甲酸价格走势（2019-2030）
5.4 中国市场不同类型甲酸销量（2019-2030）
5.4.1 中国市场不同类型甲酸销量及市场份额（2019-2024）
5.4.2 中国市场不同类型甲酸销量预测（2024-2029）
5.5 中国市场不同类型甲酸收入（2019-2030）
5.5.1 中国市场不同类型甲酸收入及市场份额（2019-2024）
5.5.2 中国市场不同类型甲酸收入预测（2024-2029）
6 不同应用甲酸分析
6.1 全球市场不同应用甲酸销量（2019-2030）
6.1.1 全球市场不同应用甲酸销量及市场份额（2019-2024）
6.1.2 全球市场不同应用甲酸销量预测（2024-2029）
6.2 全球市场不同应用甲酸收入（2019-2030）
6.2.1 全球市场不同应用甲酸收入及市场份额（2019-2024）
6.2.2 全球市场不同应用甲酸收入预测（2024-2029）
6.3 全球市场不同应用甲酸价格走势（2019-2030）
6.4 中国市场不同应用甲酸销量（2019-2030）
6.4.1 中国市场不同应用甲酸销量及市场份额（2019-2024）
6.4.2 中国市场不同应用甲酸销量预测（2024-2029）
6.5 中国市场不同应用甲酸收入（2019-2030）
6.5.1 中国市场不同应用甲酸收入及市场份额（2019-2024）
6.5.2 中国市场不同应用甲酸收入预测（2024-2029）
7 行业发展环境分析
7.1 甲酸行业发展趋势
7.2 甲酸行业主要驱动因素
7.3 甲酸中国企业SWOT分析
7.4 中国甲酸行业政策环境分析
7.4.1 行业主管部门及监管体制
7.4.2 行业相关政策动向
7.4.3 行业相关规划
8 行业供应链分析
8.1 全球产业链趋势
8.2 甲酸行业产业链简介
8.2.1 甲酸行业供应链分析
8.2.2 甲酸主要原料及供应情况
8.2.3 甲酸行业主要下游客户
8.3 甲酸行业采购模式
8.4 甲酸行业生产模式
8.5 甲酸行业销售模式及销售渠道
9 全球市场主要甲酸厂商简介
企业一
企业一公司信息、甲酸生产基地、销售区域、竞争对手及市场地位
企业一甲酸产品规格、参数及市场应用
企业一甲酸销量、收入、价格及毛利率（2019-2024）
企业一公司简介及主要业务
企业一企业最新动态
10 中国市场甲酸产量、销量、进出口分析及未来趋势
10.1 中国市场甲酸产量、销量、进出口分析及未来趋势（2019-2030）
10.2 中国市场甲酸进出口贸易趋势
10.3 中国市场甲酸主要进口来源
10.4 中国市场甲酸主要出口目的地
11 中国市场甲酸主要地区分布
11.1 中国甲酸生产地区分布
11.2 中国甲酸消费地区分布
▲资料来源：更多资料请参考发布的《全球及中国甲酸行业研究及十五五规划分析报告》
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