一、引言

      電催化連續流反應系統憑借其高效傳質、精準反應控制、綠色可持續等優勢，在有機合成、能源轉化（如 CO?資源化、電解水制氫）、環境修復（廢水處理）等領域展現出巨大潛力，成為近年來科研與工業界關注的焦點。從實驗室研究到工業化生產的跨越，是實現其廣泛應用與商業價值的關鍵環節。然而，這一過程中諸多技術瓶頸亟待突破，明確發展方向對于推動該技術的工業化進程至關重要。

二、技術瓶頸

2.1 材料耐久性問題

      在電催化連續流系統中，電極和膜材料長期處于高速流動的電解液環境，面臨嚴重沖刷腐蝕。以碳載催化劑為例，其在流動電解液沖擊下易脫落，導致催化活性位點減少，催化劑失活，進而影響系統整體性能與使用壽命。在 CO?電還原制備燃料或化學品的連續流系統中，高濃度 CO?和電解液循環流動，加速電極材料腐蝕，使電極性能在短時間內大幅下降，增加了頻繁更換電極的成本與維護難度。

2.2 放大效應難題

      實驗室級流動池在小規模下能展現優異性能，但放大至千升級裝置時，諸多問題凸顯。流道設計難以保證均質性，不同區域流體流速、反應物濃度分布不均，導致局部反應過度或不足，嚴重影響產物分布與反應效率。在電催化合成氨的連續流系統中，放大后反應熱點難以有效控制，部分區域溫度過高引發副反應，使氨選擇性降低，無法達到實驗室預期效果。

2.3 成本與能效矛盾

      高壓泵送系統維持電解液流動，能耗占系統總能耗的 15%-20%。強化傳質需提高流速，進一步增加泵送能耗，而過高能耗使工業化成本難以承受。在電催化廢水處理連續流系統中，為實現污染物高效去除，需高流速保證傳質，但能耗飆升，運營成本高昂，阻礙其大規模應用。

2.4 非法拉第副反應干擾

     在部分電催化反應體系，如生物質電氧化過程，含有醛基等不穩定官能團的底物在堿性環境易發生非法拉第副反應。高濃度底物下，該副反應加劇，造成嚴重碳損失，降低目標產物選擇性與法拉第效率，限制反應規模放大。以 5 - 羥甲基糠醛（HMF）電氧化制備 2,5 - 呋喃二甲酸（FDCA）為例，高濃度 HMF 在堿性電解液中易聚合生成胡敏素，阻礙電催化反應高效進行。

三、未來發展方向

3.1 仿生流動設計

      模擬生物血管網絡分級流道結構，在微尺度實現傳質均一性，宏尺度精準調控流量。通過分級分支設計，使電解液均勻分配至各微通道，確保每個反應區域反應物濃度、流速一致，提升整體反應效率與穩定性。在電催化制氫連續流系統中，仿生流道可有效避免氫氣氣泡在電極表面局部聚集，提高電極活性位點利用率，促進氫氣高效產生。

3.2 智能響應材料開發

       研制對 pH、電位等反應條件響應的流道涂層材料。在反應不同階段，如 CO?吸附期，涂層可調節表面潤濕性增強 CO?吸附；產物脫附期，改變潤濕性促進產物快速脫離電極表面，減少產物積累抑制，提升反應效率與選擇性。在電催化 CO?還原連續流系統中，智能響應涂層能動態適應反應過程，優化反應路徑，提高目標產物（如 CO、甲酸等）生成效率。

3.3 人工智能輔助優化

      借助機器學習模型，建立流動參數（流速、壓力、溫度）與產物分布的映射關系。通過大量實驗數據訓練模型，實現對反應過程的全自動優化。實時監測反應參數，模型快速分析并調整操作條件，確保系統始終處于最佳運行狀態。在精細化學品電合成連續流系統中，人工智能可根據原料組成、目標產物要求，精準調控反應參數，提高產物純度與收率。

3.4 多學科交叉融合

      加強化學、材料科學、機械工程、自動化控制等多學科合作。材料領域開發新型耐沖刷、高活性電極與膜材料；機械工程優化流道設計與反應器結構；自動化控制實現系統精準調控。例如，開發新型納米復合材料作為電極，結合優化的微通道反應器結構與智能控制系統，構建高效穩定的電催化連續流反應系統，推動工業化應用。

3.5 拓展應用領域與工藝集成

      在新興領域如量子點合成、生物電催化（微生物燃料電池、生物傳感器）探索應用，挖掘潛在價值。同時，將電催化連續流系統與其他工藝集成，如 “電催化制氫 + CO?捕獲"“電催化廢水處理 + 資源回收" 一體化工藝，提高資源利用率與經濟效益。在工業廢水處理中，集成電催化氧化與膜分離工藝，實現污染物降解與有用物質回收，降低處理成本。

四、結論

      電催化連續流反應系統從實驗室走向工業化雖面臨材料耐久性、放大效應、成本能效及副反應等諸多技術瓶頸，但通過仿生流動設計、智能響應材料研發、人工智能應用、多學科交叉融合及拓展應用領域等創新發展方向，有望突破障礙，實現大規模工業化應用。這將為能源、化工、環保等行業帶來綠色、高效、可持續的技術變革，推動相關領域產業升級與發展。

產品展示

      SSC-PECRS電催化連續流反應系統主要用于電催化反應和光電催化劑的性能評價，可以實現連續流和循環連續流實驗，配置反應液體控溫系統，實現主要用于光電催化CO2還原反應全自動在線檢測系統分析，光電催化、N2催化還原，電催化分析、燃料電池、電解水等。

      SSC-PECRS電催化連續流反應系統將氣路液路系統、光電催化反應池、在線檢測設備等進行智能化、微型化、模塊化設計并集成為一套裝置，通過兩路氣路和兩路液路的不同組合實現電催化分析，并采用在線檢測體系對反應產物進行定性定量分析。可以適配市面上多數相關的電解池，也可以根據實驗需求定制修改各種電催化池。