电化学二氧化碳 (CO2) 还原提供了一种将 CO2 升级为具有附加值的化学品的方法。当由可再生电力提供动力时，二氧化碳电还原有望实现碳中和的化学制造。一个商业化的CO2电还原过程应该具有高度的选择性和对所需产品的生产效率，能量转换效率高，长期运行稳定。为了实现这些目标，在深入理解反应机制的基础上设计气体扩散催化电极和原型反应器是至关重要的。
有鉴于此，苏州大学王昱沆教授、李彦光教授、Kefan Zhang和Yuqing Luo等人，简要介绍了气体扩散电极的基本原理。然后，概述了使用气体扩散电极开发高性能 CO2 还原的最新进展。进一步讨论了以提高生产率、能源效率、CO2单次利用和运行寿命为目标的反应堆工程，包括开发 CO2 电还原系统的挑战。还叙述了将 CO2 电还原推向实际应用的前景
本文要点
1）这些反应器通常会受到高电池电阻的影响，从而导致能源效率低下。在通过CO2还原实现商用的燃料和化学品生产之前，仍然需要努力使气体扩散电极和系统的设计在能量上更加高效。一方面，由于缺乏可在低过电位下提供高电流密度的催化剂，因此CO2还原的能源效率面临挑战。另一方面，对于CO2的还原，碳酸盐的形成会导致更多的欧姆损失，因为对于相同的阴离子交换膜，碳酸盐/碳酸氢盐的电导率只能是OH−电导率的三分之一。
2）串联式具有很好的应用前景，因为它们可以消除pH梯度和碳酸盐的形成。以串联方式实现与商业相关的CO2还原的任务是使催化剂对C2+产品更具活性。实践中的另一个关键问题是液体产品的交叉，特别是对于醇类，包括甲醇、乙醇和正丙醇。因此，除了提高对醇的选择性和活性外，在不考虑膜电导率的情况下防止液体产品交叉的策略也值得未来深入研究。
参考文献：
Yuqing Luo et al. Valorizing carbon dioxide via electrochemical reduction on gas-diffusion electrodes. InfoMat, 2021.
DOI: 10.1002/inf2.12253
https://doi.org/10.1002/inf2.12253
