综述：从实验室到工业：铜基电极用于二氧化碳电还原制备多碳产物的规模化挑战

《Current Developments in Nutrition》：From Lab to Industry: Challenges in Scaling Cu-Based Electrodes for CO 2 Electroreduction to Multi-Carbon Products

本综述系统探讨了铜基催化剂在CO2电还原反应中制备多碳产物的研究进展与规模化挑战。文章重点分析了表面工程、分子修饰、掺杂/合金化及串联催化等策略对提升C2+产物法拉第效率的作用，并指出电极规模化制备中存在的催化剂合成、结构稳定性与工艺适配性等核心瓶颈。最后借鉴成熟工业技术提出了解决路径，为推进CO2RR技术商业化提供重要参考。

　　

Recent high-performance Cu-based catalysts for C₂₊ products

过去十年间，研究人员开发了多种铜基催化剂用于选择性转化CO₂为多碳产物。具有前景的设计策略包括表面结构工程、表面修饰、串联催化以及掺杂/合金化。尽管其他过渡金属材料已展现出潜力，但铜因其独特的电子结构能够同时实现负值CO吸附与正值H吸附，从而抑制竞争性析氢反应，至今仍是基准材料。通过调控铜催化剂的表面形貌、晶面取向和纳米结构，可显著增强C-C耦合概率。分子修饰策略通过有机分子或聚合物覆盖层调节反应微环境，进一步提高C₂₊选择性。串联催化体系通过组合不同催化位点，优化*CO中间体生成与耦合步骤的协同作用。掺杂异质元素或形成铜基合金则能调节电子结构，优化关键中间体吸附强度。

Challenges with large-scale Cu-based electrode fabrication

铜基电极的制备通常采用一步法或两步法工艺。一步法通过物理沉积、化学气相沉积或电化学沉积直接在气体扩散层上形成活性催化剂层，虽然步骤简洁但难以精确控制复杂催化剂组成。两步法则先通过湿化学法合成催化剂颗粒，再通过涂布、喷涂或刮涂等方式沉积到基底上，更适用于规模化生产但面临催化剂团聚、界面稳定性等挑战。电极性能对催化剂层厚度、均匀性及组分分布极为敏感，这要求制备工艺需实现亚微米级精度控制。现有实验室级制备技术如滴涂法、旋涂法难以满足平方米级电极的制备需求，而卷对卷涂布、狭缝涂布等工业技术虽具潜力，但需解决铜催化剂在高速制备过程中的氧化与结构降解问题。

Conclusions and Outlook

铜基催化剂在C₂₊产物合成领域已取得显著进展，但实现工业化应用仍需突破三大瓶颈：长期运行稳定性、批次间重现性及大规模合成可靠性。其中可规模化电极制备技术是核心挑战。未来重点发展方向包括：开发狭缝涂布等稳健制备工艺；建立在线监测系统保障电极质量一致性；优化催化剂与离聚物的空间分布以提升传质效率。借鉴燃料电池和锂电池产业的成熟经验，通过跨技术融合创新，有望加速CO₂电还原技术从实验室走向工业化的进程。