新型催化材料（如双位点催化剂、掺杂型镍基材料、COF/MOF 多孔材料等）的结构创新与性能突破，为电催化反应的活性提升、选择性优化提供了核心支撑。连续流电解技术则凭借传质强化、热管理精准、操作连续化等优势，破解了传统间歇式电解的工程化瓶颈。二者的深度融合构建了 “材料性能 - 过程调控” 协同优化的新型电催化体系，在 CO₂资源化转化、绿色氢能制备、精细化学品合成等领域展现出颠覆性应用潜力。本文系统分析了该融合技术的核心机遇，包括传质 - 催化协同增效、反应稳定性显著提升、绿色工艺创新升级等；深入剖析了当前面临的关键挑战，如材料 - 反应器适配性不足、放大效应引发的性能衰减、多参数耦合调控复杂、成本与耐久性平衡难题等；最后从材料设计定制化、反应器结构创新、智能调控技术开发、低成本产业化路径四个维度，提出了未来发展策略，为推动新型催化材料与连续流电解技术的工业化融合应用提供理论参考与方向指引。

1 引言

      全球 “双碳” 目标推动下，绿色低碳的电化学合成技术成为替代传统高能耗、高污染化工工艺的核心方向。电催化反应的效率与选择性依赖催化材料的活性位点结构，而反应的规模化应用则受限于反应装置的传质、传热及过程控制能力。近年来，新型催化材料的研发取得突破性进展，从双位点催化剂、掺杂型复合催化剂到 COF/MOF 等多孔材料，通过电子结构调控、活性位点精准设计，大幅提升了催化反应的活性与选择性。与此同时，连续流电解技术摆脱了传统间歇式反应器的局限，借助微通道结构、动态流体调控等设计，实现了传质效率的数量级提升与反应过程的精准控制。

      新型催化材料与连续流电解技术的融合，并非简单的技术叠加，而是通过 “材料性能适配过程需求、过程调控强化材料优势” 的协同机制，突破了单一技术的固有瓶颈。例如，连续流的动态流体环境可缓解新型催化材料的积碳失活问题，而催化材料的高活性则能充分发挥连续流的传质优势，实现电流密度与能量效率的同步提升。目前，该融合技术已在双氧水电合成、生物质转化制氢、CO₂还原等场景中展现出优异性能，但在从实验室原型到工业规模化应用的过程中，仍面临材料 - 设备适配、放大效应控制、成本平衡等多重挑战。

      本文聚焦新型催化材料与连续流电解技术的融合核心，系统梳理二者协同发展的机遇的同时，深入分析当前存在的关键技术瓶颈，提出针对性的解决路径，为该领域的研究与产业化推进提供参考。

2 融合发展的核心机遇

2.1 传质 - 催化协同，突破反应动力学限制

      传统电解体系中，催化剂表面的扩散限制常导致活性位点利用率不足，新型催化材料的高活性难以充分发挥。连续流电解技术通过流体动态流动设计，从根本上强化了传质过程：微通道结构使流体湍流程度显著提升，传质系数较传统反应器提高 40%；动态流体可消除催化剂表面的浓度极化，使局部反应物浓度提升 3 倍以上，为新型催化材料的活性位点提供充足底物。例如，在 CO₂电还原反应中，多孔 MOF 催化材料的高选择性与连续流的传质强化相结合，使目标产物法拉第效率提升至 95% 以上；在水电解反应中，双位点催化剂的自由基生成能力与连续流的气液传质优化协同，实现了安培级电流密度下的高效制氢。这种传质 - 催化的协同效应，有效突破了反应动力学限制，大幅提升了单位时间内的反应转化效率。

2.2 动态环境调控，延长催化材料服役寿命

      新型催化材料虽活性优异，但在传统静态反应体系中，易因积碳沉积、活性组分团聚、腐蚀性介质侵蚀等问题导致快速失活。连续流电解技术的动态流体环境为催化材料提供了天然的保护机制：流体剪切力可持续冲刷催化剂表面，抑制积碳、氢氧化物等副产物吸附，使 Pt 基催化剂在酸性体系中的寿命延长 3 倍；连续流动的电解质能及时带走反应热量，将催化剂工作温度波动控制在 ±2℃内，避免高温引发的催化剂烧结与结构破坏。此外，连续流体系可实现电解质的动态更新与 pH 梯度精准调控，为对反应环境敏感的新型催化材料（如双位点催化剂、掺杂型氢氧化物）提供稳定的工作氛围，进一步提升材料的长期服役稳定性。重庆大学开发的 NiMoCe/NF 镍基催化剂，在连续流阴离子交换膜电解槽中实现了 200 小时稳定运行，电流密度仅下降 6%，显著优于传统间歇式体系的稳定性表现。

2.3 工艺绿色升级，拓展多领域应用场景

      新型催化材料与连续流电解技术的融合，推动了电化学合成工艺的绿色化与多元化发展。在能源转化领域，二者结合实现了可再生能源与电解制氢的高效耦合，掺杂型镍基催化剂与连续流电解槽适配，在 500 mA cm⁻² 的工业级电流密度下，电池电压仅为 1.85 V，大幅降低了氢能生产能耗；在环保领域，该融合技术可实现有机污染物的原位降解与资源化，通过连续流的高效传质与新型催化剂的高氧化活性协同，提升废水处理效率与达标率；在精细化工领域，连续流的精准参数控制（流速、温度、电压）与催化材料的高选择性相结合，实现了硝基苯还原、糠醛氧化等反应的高效定向转化，产物选择性可达 99% 以上，避免了传统工艺的复杂分离步骤。此外，该融合技术还支持模块化设计，可根据产能需求灵活扩展，为分布式生产提供了可能，进一步拓展了其应用场景。

3 融合发展面临的关键挑战

3.1 材料 - 反应器适配性不足，制约性能发挥

      新型催化材料的结构特性与连续流反应器的设计参数缺乏系统性匹配，成为制约融合效果的核心瓶颈。一方面，部分新型催化材料（如二维层状材料、超细纳米颗粒催化剂）的机械强度较低，在连续流的高流速、高剪切力环境下易发生脱落、团聚，导致活性位点流失；另一方面，连续流反应器的流道结构、电极集成方式未针对新型催化材料的特性优化，如三维多孔电极与 COF/MOF 材料的负载方式不匹配，导致传质路径受阻，无法充分利用材料的高比表面积优势。此外，催化剂的负载量、活性位点分布与连续流的流速、流体流型协同性不足，易造成局部反应过度或不完全，影响整体反应效率。

3.2 放大效应显著，规模化应用受阻

      实验室尺度的微通道连续流体系表现出优异的反应性能，但在向中试及工业规模放大过程中，面临严重的放大效应问题。随着反应器流道数量增加、反应体积扩大，流体分配均匀性难以保证，不同通道间的流速偏差会导致催化材料的活性利用不均；同时，放大后的反应器压降增大，传质效率下降，使得新型催化材料的高活性难以在宏观尺度上体现，导致反应性能显著衰减。目前，关于融合技术的放大规律研究尚不充分，缺乏从微观流场、传质特性到宏观反应性能的关联模型，无法为工业级反应器设计提供可靠指导，严重制约了该技术的规模化应用。

3.3 多参数耦合复杂，调控难度大

      新型催化材料与连续流电解技术的融合体系涉及多维度参数的耦合，增加了过程调控的复杂度。材料层面的活性位点密度、电子结构、负载方式，反应器层面的流道尺寸、流速、流型，操作层面的温度、电压、电解质组成等参数相互影响、彼此制约。例如，流速升高虽能强化传质，但可能导致催化剂脱落；电压增大可提升反应速率，但可能引发副反应并加速催化剂腐蚀。目前缺乏高效的多参数协同优化方法，传统实验优化手段成本高、周期长，而数值模拟技术尚未能全面准确地描述材料 - 流体 - 电场的耦合作用机制，导致难以找到各参数的最优匹配区间，影响了融合体系的性能发挥。

3.4 成本与性能平衡，商业化竞争力不足

     当前融合技术的商业化推进面临成本与性能的平衡难题。一方面，高性能新型催化材料（如贵金属基催化剂、高精度掺杂复合催化剂）的制备成本较高，而连续流反应器的微通道加工、模块化集成也需要高端制造技术支撑，导致整体装置投资成本显著高于传统电解设备；另一方面，部分低成本替代催化材料（如非贵金属氧化物）虽能降低成本，但在连续流体系中的活性、稳定性仍有待提升，难以满足工业生产的性能要求。此外，融合体系的长期运行可靠性仍需验证，催化剂的再生技术、反应器的维护成本等问题尚未得到有效解决，进一步削弱了其商业化竞争力。

4 未来发展策略与展望

4.1 推进催化材料定制化设计

      针对连续流电解技术的特性，开展催化材料的定制化研发。根据反应器的流道结构、流速范围、剪切力分布，设计具有匹配机械强度的催化材料，如将催化剂负载于三维多孔基体（泡沫镍、碳纳米管阵列）上，提升材料的抗脱落能力；通过界面工程调控，优化催化材料的表面亲疏水性与电子结构，使其适配连续流的气液传质特性；开发低成本非贵金属复合催化剂，通过元素掺杂、缺陷工程等手段，在降低成本的同时，提升其在连续流体系中的活性与稳定性，实现成本与性能的平衡。

4.2 强化反应器结构创新与放大技术

      开展适配新型催化材料的连续流反应器结构创新，开发 “材料 - 流道” 一体化设计方案，如针对多孔催化材料优化流道的流体分配结构，采用扇形分流、交错扰流柱等设计，确保流体与活性位点的充分接触；建立多尺度数值模拟模型，结合实验验证，揭示放大过程中的传质、传热规律，提出有效的放大策略（如等比例放大与结构优化相结合），抑制放大效应导致的性能衰减；发展模块化、标准化的反应器组件，提升装置的扩展性与维护便利性，降低工业级应用的技术门槛。

4.3 开发智能协同调控技术

      借助人工智能、机器学习等技术，构建融合体系的多参数智能调控平台。通过大量实验数据与模拟结果训练模型，建立材料特性、反应器参数、操作条件与反应性能之间的关联模型，实现各参数的实时优化与自适应调节；集成在线监测技术（如原位光谱、流速 / 温度 / 压力传感器），实时获取催化材料状态与反应过程信息，及时预警催化剂失活、流体分配不均等问题，并自动启动调控机制；开发多场耦合（电场、流场、温度场）的精准控制技术，为融合体系提供稳定的反应环境，最大化发挥材料与设备的协同优势。

4.4 拓展产学研协同创新路径

      加强产学研合作，加速融合技术的产业化转化。科研机构聚焦基础研究，突破材料 - 反应器适配、放大规律等核心科学问题；企业主导工程化开发，优化反应器制造工艺，降低设备成本，开发适合工业生产的集成系统；政府层面加大政策支持与资金投入，建立中试平台与示范项目，为技术验证与推广提供支撑。通过产学研协同，推动融合技术在氢能制备、CO₂转化、精细化工等领域的示范应用，逐步形成成熟的商业化路径。

5 结论

      新型催化材料与连续流电解技术的融合，是电催化领域从 “材料优化” 向 “系统协同” 发展的必然趋势，通过传质 - 催化协同、动态环境调控、工艺绿色升级等优势，为电化学合成技术的高效化、规模化、绿色化提供了全新解决方案。然而，该融合发展仍面临材料 - 反应器适配不足、放大效应显著、多参数调控复杂、成本竞争力不足等关键挑战。未来需通过定制化材料设计、创新反应器结构、开发智能调控技术、强化产学研协同等策略，破解技术瓶颈，充分释放二者的融合潜力。随着相关技术的不断突破，新型催化材料与连续流电解技术的融合体系将在能源转化、环境保护、精细化工等领域发挥重要作用，为实现 “双碳” 目标与可持续发展提供核心技术支撑。

产品展示

     SSC-PECRS电催化连续流反应系统主要用于电催化反应和光电催化剂的性能评价，可以实现连续流和循环连续流实验，配置反应液体控温系统，实现主要用于光电催化CO2还原反应全自动在线检测系统分析，光电催化、N2催化还原，电催化分析、燃料电池、电解水等。

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