综述：气体扩散电极技术在电化学CO2还原中的进展：创新、挑战与未来方向

本综述系统梳理了气体扩散电极（GDE）技术在电化学CO2还原（ECR）中的最新突破，聚焦GDE设计、材料优化及工业化应用挑战，为推进碳中和技术提供关键见解。涵盖自支撑GDE、生物电极等前沿方向，填补了该领域近六年研究空白。

　　

Abstract
全球变暖背景下，电化学CO₂还原（ECR）因其兼具减排与资源化潜力成为研究热点。传统H型电解池受限于CO₂溶解度（约34 mM），而气体扩散电极（GDE）通过气-液-固三相界面将CO₂扩散路径缩短至10–50 nm，电流密度提升显著，为工业化应用铺路。

Introduction
ECR技术通过将CO₂转化为燃料和化学品，实现碳循环经济。早期研究受限于H型反应器的低效质量传输，而GDE技术通过多孔疏水基底直接输送CO₂至催化位点，突破扩散瓶颈。工业级GDE需满足>1 A/cm²电流密度和>30,000小时稳定性，表1对比了平面电极与GDE的核心参数差异。

Challenges and breakthroughs in GDE technology
GDE面临的主要挑战包括：

1. flooding：电解质渗透阻塞气体通道，新型疏水层设计（如PTFE梯度分布）可缓解；
2. CO₂局域供应不足：微纳结构调控（如3D打印网格）提升气体分布均匀性；
3. 稳定性问题：碳基GDE易腐蚀，非碳材料（如Ti基扩散层）展现优异耐蚀性。

Self-Supported GDEs
摒弃传统聚合物粘结剂（如Nafion），自支撑GDE通过直接生长催化剂于基底（如碳纳米管阵列）实现强界面结合。激光辐照技术可精准调控孔隙率，电流密度较传统方法提升300%。

Fundamental studies
原位表征技术揭示：离子导体/催化剂比例显著影响质子传输效率，而operando光谱证实Cu基催化剂表面*COOH中间体浓度与C₂产物选择性正相关。

Emerging trends in ECR

• 生物电极：固载甲酸脱氢酶的GDE在温和条件下实现90%法拉第效率（FE）；
• 现场碳捕集：集成胺吸收剂的GDE系统可直接转化工业废气中的CO₂。

Summary and future perspectives
未来需突破GDE规模化制备工艺，开发高通量筛选模型，并探索光伏-ECR联产系统。韩国基础科学研究所等团队指出，过渡金属催化剂与脉冲电解策略的组合或是下一突破点。

作者团队
通讯作者Jihun Oh教授团队聚焦电化学能源转换，第一作者Burungale Vishal Vilas博士专长过渡金属催化剂设计，其开发的Co₃O₄/Cu异质结GDE实现72小时稳定运行。