综述：如何选择CO2电解槽的各个组件

这篇综述系统探讨了膜基CO2电解槽（CO2RR）的核心组件优化策略，包括电解槽设计、流道、膜（AEM/CEM/BPM）、电解质、电极（PTE/CL）和CO2供给单元，旨在通过提升电流密度、法拉第效率（FE）和单程转化效率（SPCE）推动其商业化应用。

　　

重要组成部分与优化策略

电解槽设计

CO₂电解槽主要分为H型池、流动型和MEA型。H型池适用于催化剂基础研究，但受限于CO₂溶解度低（33 mM）和欧姆损耗；流动型电解槽通过多孔传输层（PTL）缩短CO₂扩散路径至50 nm，显著提升传质效率；MEA型采用零间隙设计，减少内阻，适合工业化放大。

流道结构

气体流道设计（蛇形、平行、交叉指型）直接影响反应物分布和压力降。蛇形流道因均匀的CO₂分布和低 flooding 风险成为优选；中央流道的"偏移式"结构可优化流体速度分布，提升C₂₊产物选择性。

膜的选择

阴离子交换膜（AEM）如Sustainion X37-50 RT虽具有高OH^?电导率（102 mS cm^?1），但易发生CO₂交叉；阳离子交换膜（CEM）如Nafion在酸性条件下抑制碳酸盐形成；双极膜（BPM）通过界面工程增强水分解效率，但需解决层间分离问题。

电解质与CO₂供给

钾基电解质（KOH/KHCO₃）可维持高局部pH，促进C₂₊产物生成；有机电解质（如[EMIM]⁺）虽提高CO₂溶解度，但存在分解风险。气态CO₂需控制流速（避免 depletion zones）和湿度（防止 flooding），而液态碳酸氢盐直接转化可避免CO₂捕获能耗。

多孔传输电极（PTE）

PTE由PTL和催化剂层（CL）构成。碳基PTL需添加PTFE增强疏水性，但过量会降低导电性；超疏水PTFE膜可抑制 flooding，但需搭配纳米级铜集流体（如25 nm溅射层）以优化电流分布。CL制备中，电沉积法可原位暴露Cu(100)晶面，促进C?C耦合，实现C₂H₄选择性达66%。

未来挑战与方向

1. 1.

   膜材料革新：开发选择性OH^?传输膜，减少CO₂交叉和碳酸盐形成。

2. 2.

   产物浓度优先：需平衡SPCE与产物分离能耗，避免过度追求转化率导致HER竞争。

3. 3.

   低浓度CO₂利用：直接处理工业废气（含SO_x/NO_x），探索C?N/S/P耦合反应。

4. 4.

   阳极反应优化：采用非贵金属催化剂（如NiFe）或替代反应（如甘油氧化）降低过电位。

通过组件协同优化，CO₂电解技术有望实现从实验室到工业化的跨越，为碳中和技术提供关键支撑。