研究背景：

随着全球能源需求增长和碳减排压力增大，如何将二氧化碳（CO₂）从温室气体转变为高价值化学品，成为能源与化工领域的重要研究方向。利用可再生电力将CO₂转化为一氧化碳（CO）、乙烯、乙醇等化学品和燃料，是实现CO₂资源化利用的有效途径。其中，乙烯、乙醇等多碳产物具有更高的附加值，但其合成过程涉及多个连续反应步骤，传统的单一催化剂往往难以同时兼顾反应速率、产物选择性和能源利用效率。因此，如何让不同催化材料各司其职、协同完成CO₂向高值产品的转化，成为推动这一技术发展的关键。

文章概述：

近日，浙江工业大学李剑等在Advanced Synthesis & Catalysis期刊上发表综述文章，系统总结了近年来电化学CO₂转化为多碳产物的“串联催化”策略。其核心思想是设计一条分工明确的连续过程：第一步先将CO₂转化为CO，第二步再利用CO进一步形成含有更多碳原子的产物。前一步主要负责高效产生CO，后一步则专注于“碳-碳”连接，从而避免让一种材料同时承担所有任务。通过合理安排两类催化材料和物质传递过程，可以提高关键中间产物（CO）的局部浓度，从而使乙烯、乙醇等产物的生成更加高效。

图文导读：

根据催化材料的组合方式，目前主要形成了两种技术路线（图1）。一种是在同一个电解装置中将两类催化材料结合，使CO₂转化产生的CO能够快速到达下一催化区域。这种方式结构相对简单，有利于缩小设备规模。另一种方式则是将两个反应分别放在两个串联的电解装置中：第一个装置专门生产CO，再将富含CO的气体输送到第二个装置“进一步转化为多碳产物，虽然系统更加复杂，但两个反应可以分别选择最合适的工作条件，因此具有更大的优化空间。

研究已经证明了这种思路的有效性：一些串联体系的多碳产品选择性已经超过80%，部分装置进一步实现了较高的反应速率，并开始向大功率器件发展。此外，千瓦级多电解槽串联系统已实现长期稳定运行，表明串联催化逐渐从实验室概念走向工程化验证。不过，要实现真正的大规模应用仍面临挑战。例如，长期运行过程中催化材料可能发生结构变化，影响反应性能；多个反应装置之间还需要更精准协调气体流量、压力和运行条件。

串联催化为CO₂资源化利用提供了一种新的思路：与其寻找一种“万能”催化材料，不如让不同材料承担不同任务，通过合理的空间组合和反应流程实现优势互补，这一策略有望进一步提高CO₂转化效率，推动乙烯、乙醇等高价值产品的绿色制造，为可再生能源与化工生产的深度融合提供新的技术路径。

图1. 电化学CO2还原串联催化系统的两种典型构型

论文信息：

Tandem Catalysis for Electrochemical CO₂ Reduction to C₂₊ Products

Shuo Liu, Lei Zhu, Ziran Ye, Cong Wang, Bo Yan, Jian Li

Advanced Synthesis & Catalysis

DOI:10.1002/adsc.70622

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adsc.70622

期刊简介：

Advanced Synthesis & Catalysis是有机化学、有机金属化学和应用化学领域最具影响力的期刊之一。该期刊重点发表学术和工业领域关于高效、实用和环境友好的有机合成的新成果，因而具有较高的影响力。主要涉及领域及方向包括：有机化学、无机化学、有机金属化学、绿色化学、均相催化、多相催化、有机催化、酶催化、不对称催化、多相催化、有机合成、不对称合成、合成方法、负载型催化剂和配体设计等。