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電化學(xué)還原二氧化碳（CO₂RR）作為一種新興的二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)，可以將CO₂轉(zhuǎn)化為燃料或高附加值化學(xué)品（如碳?xì)浠衔锖秃趸衔铮?。然而，目?/span>CO₂RR由于其受限于低電流密度、低CO₂利用率和轉(zhuǎn)化率以及較低的能量轉(zhuǎn)換效率，無法滿足工業(yè)級(jí)應(yīng)用的需要。為了達(dá)到其實(shí)際應(yīng)用水平，僅僅著眼于催化劑的設(shè)計(jì)是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，需要將視角上升到系統(tǒng)層面對(duì)CO₂RR體系進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。大連理工大學(xué)精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室邱介山教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)總結(jié)了CO₂RR體系創(chuàng)新的設(shè)計(jì)策略(Energy Environ. Sci. 2021, 14, 1176-1193)，具體要點(diǎn)包括：串聯(lián)催化劑、三維自支撐電極、電解液（氯化鈉溶液或者海水，高濃度鹽水，固態(tài)電解質(zhì)等）、電解槽以及二氧化碳雜化電解。針對(duì)各組成部分的未來發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)，也提出了相應(yīng)的見解和展望。該篇綜述將為CO₂RR體系革新設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)指導(dǎo)，同時(shí)能夠啟發(fā)和激勵(lì)更多研究者發(fā)展創(chuàng)新的設(shè)計(jì)策略，以期集思廣益，共同努力，最終實(shí)現(xiàn)CO₂RR系統(tǒng)性能的全面優(yōu)化和提升。

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總之，上述工作中呈現(xiàn)的新想法和見解都有助于進(jìn)一步推動(dòng)CO₂RR快速發(fā)展。但需要特別強(qiáng)調(diào)是，GDE或3D自支撐電極、膜、催化劑的開發(fā)和優(yōu)化是未來實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵，需要特別關(guān)注。然而，在某些特定的方面，對(duì)于研究者來說，也存在一些機(jī)遇和挑戰(zhàn)。首先，借助各種原位技術(shù)，如表面增強(qiáng)拉曼光譜、表面增強(qiáng)紅外吸收光譜等技術(shù)，解耦在串聯(lián)催化劑上的復(fù)雜反應(yīng)過程，確定真正的活性位點(diǎn)，加深對(duì)于催化機(jī)理的認(rèn)識(shí)，以進(jìn)一步指導(dǎo)串聯(lián)催化劑的設(shè)計(jì)和合成。其次，開發(fā)可在海水中穩(wěn)定操作并能高選擇性的產(chǎn)生高附加值燃料的電催化劑，推動(dòng)海水中二氧化碳電解的發(fā)展。設(shè)計(jì)和開發(fā)具有CO₂捕集和分離功能的自支撐膜電極，實(shí)現(xiàn)二氧化碳?xì)怏w捕獲和轉(zhuǎn)化于一體。最后，提高三維自支撐電極的力學(xué)性能，以滿足較高的氣體壓力和較快的氣體流速等操作條件。同時(shí)，在微納米尺度上，利用先進(jìn)的3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)和優(yōu)化3D自支撐電極上的傳質(zhì)通道，以進(jìn)一步提高傳質(zhì)速率，實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)電流密度。完善和發(fā)展電解槽內(nèi)流體流動(dòng)模型和電極上雙電層結(jié)構(gòu)模型，以指導(dǎo)電解槽和電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。對(duì)于CO₂雜化電解，仍然迫切需要開發(fā)高活性，高穩(wěn)定性的陽極氧化催化劑，以真正實(shí)現(xiàn)兩翼齊飛！