电化学还原气态原料，如CO2、CO和N2，为可持续能源和化学生产提供了希望。这种技术的实际应用被缓慢的可溶气体到常规平面电极的质量传输所阻碍。气体扩散电极(GDEs)在催化剂附近保持了较高的气体浓度，改善了质量传输，从而使电流密度提高了几个数量级。然而，气态原料会引起GDE环境的变化，因此需要特定的功能才能有效地调节产品的选择性并提高反应稳定性。
有鉴于此，澳大利亚昆士兰大学袁志国、胡氏虎和澳大利亚南昆士兰大学葛磊等人，对各种电催化反应的GDE开发所面临的挑战和进展进行了全面的综述。
本文要点
1）概述了GDE的基本原理，并强调了GDE相对于传统电极的主要优势。总结并分析了GDE的设计标准和一些关键问题，以及针对不同产品和反应的限制因素。按不同气态原料对GDE的应用进行了分类，其内容不仅限于GDE的制造，还介绍了缓解针对各种反应/产品实施GDE的难点的最新策略。
2）近年来，电化学还原CO2，CO和N2反应的基础和应用研究，表明电催化有望用可再生能源生产化学品和燃料并减少碳排放，这对未来的可持续经济发展至关重要。然而，当前面临着几个关键挑战，阻碍了针对这些反应的电解槽的实际应用。（a）由于这些气体在液态电解质环境中的溶解度很低，因此总反应速率受到传质的限制。（b）HER反应在相似的电位发生，导致较低的产物选择性。
3）从材料和技术工艺的角度来看，制造有效的GDE需要同时优化多个变量。最近的研究证实，GDE制备的不同步骤会影响基于GDE的电解槽的稳定性，产物选择性和反应途径。未来的研究方向包括：根据不同反应的GDE设计，解决GDE被液体电解质淹没问题，耦合CO2RR/CORR/N2RR反应，测试标准化和模拟及先进表征技术，开发不同构型GDE，非液体电解液的反应器设计，面向应用的GDE应用挑战，考虑应用中气体杂质、物料平衡和阳极反应的多种影响。
参考文献：
Hesamoddin Rabiee et al. Gas diffusion electrodes (GDEs) for electrochemical reduction of carbon dioxide, carbon monoxide, and dinitrogen to value-added products: a review. Energy Environ. Sci., 2021.
DOI: 10.1039/D0EE03756G
https://doi.org/10.1039/D0EE03756G
