综述：工业电流密度下配对电解的发展前景

这篇综述系统探讨了配对电解（paired electrolysis）在工业电流密度下的应用前景，提出通过阴阳极协同增值（valorization）实现高效可持续化学合成的创新路径。文章聚焦反应器组装、电子传递不对称性、膜选择等系统集成挑战，建立了从半电池研究到工业级电堆验证的TRL（技术成熟度）递进策略，并以丙烯氧化耦合析氢反应（HER）或氧还原反应（ORR）为案例进行技术经济性分析，为可再生能源驱动的电化学合成提供了工程化解决方案。

　　

反应器设计与实施
配对电解的工业化核心在于反应器设计，需兼顾电流密度、选择性与能量效率的平衡。研究提出分阶段推进策略：实验室阶段采用流动池优化电极-电解质界面，中试阶段通过膜电极组件（MEA）解决传质限制，最终实现模块化电堆集成。氢渗透钯膜（Pd）等创新设计可同步提升电子经济性与产物纯度。

工业可行性挑战与机遇
阴极反应配对需满足电荷平衡与动力学匹配，丙烯氧化耦合HER的案例显示，其电能效率较传统热催化路径提升40%。但膜稳定性（如Nafion^?降解）、离子交叉污染及O₂副产物（价值仅24-40美元/吨）仍是主要瓶颈。通过脉冲电场调控C-N偶联反应速率，或利用HMF（羟甲基糠醛）到FDCA（2,5-呋喃二甲酸）的转化可提升经济性。

兼容性与电子经济性
传统配对电解受限于电解液组成均一性，而氢渗透膜技术突破了该限制。实验表明，Pd膜在200°C下可实现H₂选择性传输>99%，同时促进阴极增值反应。这种"全电子经济"模式将PET塑料降解与H₂O₂合成耦合，使原子利用率达92%。

结论与展望
尽管配对电解在温和条件下实现C-N键合成（较传统工艺降压50%），但其工业化仍需解决三大矛盾：1）高电流密度（>500 mA/cm²）与选择性的权衡；2）膜成本（占系统60%）与寿命的平衡；3）间歇性可再生能源供电的适配性。未来可通过人工智能优化反应配对组合，或将电解系统嵌入现有石化产业链，加速技术落地。

资助声明
研究受欧盟地平线计划（Marie Sklodowska-Curie 101150688）及西班牙MCIN/AEI（PID2022-138127NA-I00）资助，合作方包括REPSOL石油公司。