武科大网讯（通讯员李江江） 近日，我校核磁共振与分子科学交叉研究院/化学与化工学院吴景程副教授与贵州大学张衡教授、湖南大学邹雨芹教授合作，在国际知名期刊《Advanced Materials》上发表题为“Integrated Systems for Paired Electrolysis: Synergistic CO2 Reduction and High-Value Anode Oxidation”的综述文章。该文章分析了现有的电催化CO2RR与低电位、高附加值的阳极氧化反应相耦合的配对电解策略，旨在通过热力学与动力学的协同匹配、电子-质子转移的精准调控以及反应器与膜材料的优化集成，从根本上替代高能耗的OER，从而同步实现大幅降低系统能耗与提升产物经济价值的双重目标。
要点一：从高能耗OER转向协同增值的配对电解
传统电催化CO₂还原系统受限于阳极析氧反应OER动力学迟缓、过电位高，导致电能消耗巨大且产物（氧气）附加值低。为突破这一瓶颈，本研究综述的“配对电解”策略，即用热力学电位更低、经济价值更高的阳极氧化反应（AOR）替代OER。这一转变不仅能显著降低电解总电压、节约能源，还能实现阴极与阳极同时生产高值化学品（如有机酸、醛类等），从而通过“双向增值”极大提升系统的原子经济性与商业化潜力。
要点二：系统集成与多维度协同机制
实现高效配对电解需要多层面的精密集成：①热力学与动力学匹配，即筛选热力学电位远低于OER且反应速率与阴极CO₂RR相协调的AOR；②电子-质子转移协同，通过调控两极的电子数和质子流，实现电荷守恒与供需平衡，甚至可达到总法拉第效率超过100%的协同效果；③pH兼容性，由于阴极偏好中性/弱酸性环境而多数阳极反应需在碱性条件下进行，需利用双极膜（BPM）或电解质工程实现两极微环境的空间解耦；④反应器与膜材料设计，从H型池到流动池再到膜电极组件（MEA），通过优化传质、降低欧姆损耗并配合新型离子交换膜，满足工业级电流密度下的长期稳定运行需求。
要点三：电极材料的设计与应用
非均相电催化剂对允许阴极和阳极独立优化，通过单原子工程（M-N-C）、异质界面构建、缺陷调控、高熵合金及金属有机框架（MOFs）等策略，精准调控活性位点的电子结构与中间体吸附能，实现高选择性和高活性；均相电催化剂对则利用同一材料在双电极上发挥作用，依靠可控的原位重构（如氧化物衍变）和双功能活性中心（如金属酞菁、氮掺杂碳复合材料）简化系统，虽面临性能权衡挑战，但具有成本与对称设计的优势。两种路径均强调通过电子结构调控与微环境工程来同时优化CO2RR和AOR的性能。
【作者介绍】
吴景程副教授简介：武汉科技大学副教授，博士生导师，主要从事生物质催化转化制备高附加值产品机理研究。近年来，以第一、通讯作者在J. AM. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等期刊发表SCI论文20余篇。
