综述：改善电化学CO2捕获的反应与反应器设计

这篇综述系统探讨了电化学CO2捕获（ECC）的技术路径，涵盖氧化还原活性分子（redox-active）、无机碳酸盐循环和电化学介导胺再生（EMAR）等策略，并分析了膜集成、模块化流动反应器等设计对提升能效与规模化的作用，为低碳技术转型提供了关键见解。

　　

The bigger picture

碳捕获技术旨在从点源或环境空气中分离CO₂以实现封存或利用。传统热化学捕获依赖高温循环吸附反应，能耗高且难以匹配可再生能源的间歇性供电特点。电化学CO₂捕获（ECC）通过电能驱动常温条件下的CO₂分离，展现出显著优势。其核心路径包括氧化还原活性分子（如醌类化合物）的电子转移反应、无机碳酸盐（如K₂CO₃）的pH调控循环，以及电化学介导胺再生（EMAR）技术——通过电极电位变化可逆调控胺类吸附剂的质子化状态。反应器设计上，膜组件（如阴离子交换膜）可隔离副反应产物，流动场工程优化传质效率，模块化架构则支持系统灵活扩展。这些创新将加速ECC从实验室走向工业应用。

Summary

当前CO₂捕获技术中，热化学法因工业成熟度最高而占据主导地位，但其高温再生过程（通常＞100°C）导致能量损失严重。相比之下，电化学系统（ECC）在常温常压下通过调节电压精准控制反应驱动力，能量输入更可控。例如，EMAR技术利用铜电极氧化还原反应可逆切换胺（如单乙醇胺）的质子化状态，实现CO₂吸附/解吸循环，能耗较传统蒸汽再生降低30%。然而，O₂对电解液的氧化降解、挥发性胺溶剂的蒸发损失，以及膜材料成本（如全氟磺酸膜）仍是规模化瓶颈。未来研究需聚焦耐氧分子设计、固态电解质开发，以及风光电力直接耦合的智能控制系统。

Graphical abstract

核心示意图展示了三类ECC技术的工作机制：氧化还原分子在电极表面发生可逆电子转移，碳酸盐溶液通过电解-induced pH振荡实现CO₂吸收/释放，而EMAR系统则通过铜电极的电位循环调控胺再生。反应器设计上，多腔室膜组件与蛇形流道结构显著提升反应物接触效率，模块化电堆支持千瓦级示范装置搭建。这些进展为碳捕获技术提供了“电驱动”新范式。