在化學合成領域，傳統批次反應常面臨傳質傳熱效率低、反應條件難精準控制、安全風險高等痛點，尤其在電合成中，電極表面電子轉移效率、電解液濃度分布均勻性等問題進一步制約合成性能。而微反應器技術憑借其微通道（特征尺寸通常為 10-1000μm）帶來的高比表面積（比傳統反應釜高 1-3 個數量級）、高效傳質傳熱能力，與電化學合成的 “電子驅動反應" 特性形成天然適配。二者融合構建的連續流電合成系統，正以 “高效、精準、安全" 的核心優勢，重塑電合成技術的應用邊界，成為綠色化學與精細化工領域的重要突破方向。

一、融合的核心邏輯：微反應器如何破解電合成的傳統痛點

      電化學合成的本質是利用電極表面的電子轉移驅動化學反應，其核心需求是高效的界面傳質（反應物到電極表面、產物脫離電極）、均勻的電場分布（避免局部過電位）、穩定的反應環境（溫度、濃度恒定） ，而傳統批次電反應釜（如燒杯型電解池）恰恰在這些方面存在顯著短板：反應體系內對流不充分導致電極附近形成 “濃度邊界層"，傳質效率低；電極間距大且電解液混合不均，電場易局部集中引發副反應；批次操作中溫度、濃度隨反應進程變化，產物純度波動大，且大體積電解液與高電壓組合存在泄漏、爆燃等安全風險。

       微反應器技術的引入，從結構設計層面直接針對性解決這些痛點，其與電化學的融合邏輯可概括為三點：

1.微通道強化傳質，提升電子轉移效率：微通道的狹小空間迫使電解液以層流或強化湍流狀態流動，極大縮短反應物到電極表面的擴散距離（從傳統釜的毫米級降至微米級），傳質系數可提升 10-100 倍。同時，微反應器可將電極直接集成于微通道內壁（如將金屬薄膜沉積在玻璃或硅基微通道表面），形成 “電極 - 通道一體化" 結構，反應物無需長距離擴散即可接觸電極，顯著降低濃度極化，使電子轉移效率提升 30% 以上。

2.精準控溫與電場，抑制副反應：微通道的高比表面積（可達 1000 m2/m3）使其具備強的傳熱能力，可通過外接恒溫裝置實現反應溫度 ±0.5℃的精準控制，避免傳統批次反應中因反應放熱導致的局部升溫（易引發電解液分解、產物聚合等副反應）。此外，微反應器內電極間距可精準控制在幾十到幾百微米，電場分布均勻性大幅提升，有效避免局部過電位過高導致的析氫 / 析氧副反應，目標產物選擇性可提高 20%-50%。

3.連續流與微體積，降低安全風險：傳統批次電合成需處理大體積電解液（通常為升級），且反應過程中積累的產物可能與電極或電解液發生二次反應，安全隱患突出；而連續流微電反應器的反應體積僅為微升或毫升級，電解液在通道內的停留時間可精準控制（幾秒到幾十分鐘），反應完成后產物可即時流出并分離，避免反應物 / 產物積累。同時，微通道的封閉性可有效隔絕空氣與電解液的接觸，減少氧化副反應，且即使發生泄漏，微量電解液也不會引發大規模安全事故，安全性顯著優于傳統批次工藝。

二、融合的關鍵技術：從結構設計到系統集成

      微反應器與電化學的融合并非簡單的 “電極 + 微通道" 組合，而是需要從電極材料選擇、微通道結構設計、電解液適配、系統自動化控制四個維度進行協同優化，才能實現 “高效、精準、安全" 的連續流電合成。

（1）電極材料：兼顧導電性、催化活性與穩定性

電極是電合成的核心部件，其性能直接決定電子轉移效率與反應選擇性。在微反應器中，電極需滿足 “薄型化、高比表面積、與微通道兼容" 的要求，目前主流選擇包括三類：

1.金屬基電極：如金、鉑、銅、鎳等金屬薄膜（厚度 100-500nm），通過濺射、蒸鍍等技術沉積在玻璃、硅或聚合物（如聚二甲基硅氧烷 PDMS）微通道內壁，導電性優異，且金屬本身對特定反應具有催化活性（如銅電極催化二氧化碳還原生成乙烯，鎳電極催化醇氧化生成醛酮）；

2.碳基電極：如石墨烯、碳納米管、玻碳等，通過涂覆或生長方式固定于微通道內，具有高比表面積（石墨烯比表面積可達 2630 m2/g）、良好的化學穩定性（耐酸堿），且可通過摻雜（如氮摻雜石墨烯）調控電子結構，提升催化選擇性；

3.復合電極：將催化活性組分（如金屬納米顆粒、金屬有機框架 MOFs）負載于碳基或金屬基載體上，兼顧載體的高導電性與活性組分的高催化活性，例如將鈀納米顆粒負載于碳納米管電極上，可顯著提升硝基苯加氫還原為苯胺的反應速率。

（2）微通道結構：適配不同電合成需求

微通道的結構設計需根據反應類型（如均相電合成、異相電合成、氣 - 液 - 固三相電合成）調整，核心目標是 “電極 - 電解液接觸面積、優化流體流動狀態"：

1.平板型微通道：最基礎的結構，通常為上下兩片基板（如玻璃 + 硅），中間刻蝕矩形或梯形通道，電極沉積于通道上下內壁，適用于均相電解液體系（如有機小分子的電氧化 / 還原），優點是結構簡單、易于加工，且流體流動均勻，傳質穩定；

2.多孔 / 陣列型微通道：在通道內引入多孔介質（如多孔陶瓷、泡沫金屬）或微柱陣列，將電極負載于多孔介質表面或微柱表面，可大幅提升比表面積（比平板型高 5-10 倍），適用于異相電合成（如固體催化劑輔助的電反應）或氣 - 液兩相反應（如氧氣參與的電氧化反應，多孔結構利于氣體擴散）；

3.夾心型微通道：將離子交換膜（如質子交換膜 Nafion、陰離子交換膜 FAA-3）夾在陽極與陰極之間，形成 “陽極 - 電解液 - 離子交換膜 - 電解液 - 陰極" 的三明治結構，可有效分隔陰陽極反應區，避免產物交叉污染（如電解水制氫中，質子交換膜可阻止氧氣擴散至陰極與氫氣混合），同時促進離子遷移，降低歐姆極化。

（3）電解液適配：平衡導電性與傳質效率

電解液在電合成中起到 “傳輸離子、溶解反應物" 的作用，在微反應器中，電解液的黏度、導電性、溶解度需與微通道結構匹配：

1.導電性：微通道內電極間距小（幾十微米），歐姆電阻主要來自電解液，因此需選擇高導電性電解液（如 0.1-1 mol/L 的無機鹽溶液、離子液體），避免因電解液電阻過大導致電壓升高、能耗增加；

2.黏度：黏度過高的電解液（如高濃度聚合物溶液）會導致流動阻力增大，傳質效率下降，因此微反應器中通常優先選擇低黏度電解液（如 aqueous solution、低分子量有機溶劑）；

3.相容性：電解液需與電極材料、微通道基板材料兼容，避免發生腐蝕反應，例如 PDMS 微通道可耐受大部分有機溶劑，但需避免與強氧化性電解液（如高錳酸鉀溶液）接觸。

（4）系統集成：實現連續化與自動化

微反應器電合成系統需整合 “流體輸送、電化學調控、產物分離、在線監測" 四大模塊，才能實現連續穩定運行：

1.流體輸送模塊：采用精密注射泵或蠕動泵，精準控制電解液的流速（通常為 1-100 μL/min），確保反應在恒定的停留時間下進行；對于多組分反應，可通過多通道泵實現反應物的精準配比與混合；

2.電化學調控模塊：配備恒電位儀或恒電流儀，可根據反應需求選擇恒電位、恒電流或脈沖電位模式，實時調控電極表面的電子轉移速率；同時集成溫度控制系統（如水浴夾套、帕爾貼元件），實現反應溫度的精準控制；

3.產物分離模塊：由于微反應器的反應體積小，產物濃度通常較低，需后續集成微萃取、微精餾或膜分離模塊，實現產物的快速分離純化；例如，在電合成苯甲醛的過程中，可通過微萃取通道將苯甲醛從水溶液中萃取至有機溶劑中，再通過微精餾柱提純；

4.在線監測模塊：集成紫外 - 可見分光光度計、高效液相色譜（HPLC）或質譜（MS）等在線分析設備，實時監測反應進程中反應物濃度、產物濃度的變化，通過反饋控制調節流速、電位等參數，實現反應的閉環控制，進一步提升合成的精準性。

三、融合的應用場景：從實驗室研究到工業放大

      微反應器與電化學的融合，憑借其 “高效、精準、安全" 的優勢，已在精細化工、綠色能源、環境保護等領域展現出廣闊的應用前景，從實驗室小規模合成逐步向工業規模化生產邁進。

（1）精細化工：精準合成高附加值有機化合物

精細化工領域對產物純度、選擇性要求高，傳統批次電合成常因副反應多、分離難度大導致產品收率低，而連續流微電反應器可有效解決這一問題：

不對稱電合成：通過在微通道電極表面修飾手性催化劑（如手性膦配體、手性氨基酸），可實現不對稱電氧化 / 還原反應，例如在微反應器中，以手性修飾的鉑電極為陰極，可將酮類化合物不對稱電還原為手性醇，產物對映體過量值（ee 值）可達 90% 以上，遠高于傳統批次反應的 70%；

藥物中間體合成：許多藥物中間體（如芳香胺、喹啉類化合物）的合成需通過電氧化或電還原反應實現，微反應器可顯著提升反應效率與選擇性。例如，德國拜耳公司開發的微通道電合成系統。

電化學氟化：氟化有機化合物在醫藥、農藥領域具有重要應用，但傳統電化學氟化反應條件苛刻（需高溫、高電壓），副反應多，而微反應器可通過精準控制氟離子濃度與電極電位，實現溫和條件下的選擇性氟化。例如，日本 Daikin 公司利用微通道電反應器合成含氟芳香化合物，反應溫度從傳統的 80℃降至 40℃，氟代產物選擇性從 75% 提升至 92%。

（2）綠色能源：高效制備清潔能源與儲能材料

在綠色能源領域，微反應器電合成系統可用于高效制備氫氣、甲醇等清潔能源，以及鋰硫電池、鈉離子電池等儲能材料的電極制備：

電解水制氫：傳統電解水制氫裝置（如堿性電解槽、質子交換膜電解槽）存在體積大、能耗高的問題，而微通道電解水系統通過 “電極 - 膜 - 通道" 一體化設計，可大幅降低歐姆電阻與傳質阻力。例如，美國斯坦福大學開發的石墨烯基微通道電解水裝置，在 1.5 V 的低電壓下，氫氣生成速率可達 100 mmol/(cm2?h)，能耗僅為傳統電解槽的 60%；

二氧化碳電還原：將二氧化碳電還原為一氧化碳、乙烯、乙醇等燃料或化學品，是實現 “碳中和" 的重要技術路徑。微反應器可通過優化電極結構（如多孔銅電極）與電解液組成（如離子液體 - 水溶液混合體系），提升二氧化碳的溶解度與還原選擇性。例如，中國科學技術大學開發的微通道二氧化碳電還原系統，乙烯選擇性可達 70%，電流密度高達 500 mA/cm2，且連續運行 100 小時性能無衰減；

儲能材料制備：在鋰硫電池正極材料的制備中，可通過微反應器電合成技術，將硫單質均勻沉積在碳納米管電極表面，形成硫 - 碳復合正極材料，有效解決硫的導電性差、體積膨脹大的問題。例如，韓國三星公司利用微通道電沉積技術制備的鋰硫電池正極，硫負載量可達 5 mg/cm2，電池循環 1000 次后容量保持率仍達 80%。

（3）環境保護：高效處理難降解污染物

在環境保護領域，微反應器電合成系統可用于處理工業廢水中的難降解有機物（如酚類、染料、抗生素），通過電氧化或電還原反應將污染物轉化為無害物質：

電催化氧化降解酚類廢水：傳統芬頓氧化法處理酚類廢水存在試劑消耗大、污泥產生多的問題，而微通道電氧化系統可通過陽極產生的羥基自由基（?OH）氧化酚類化合物。例如，中國科學院生態環境研究中心開發的鈦基二氧化鉛（Ti/PbO?）微通道電極系統，處理含酚廢水時，酚的去除率可達 99%，COD 去除率可達 90%，且無污泥產生；

電還原降解硝基苯類廢水：硝基苯類化合物毒性大、難生物降解，通過微通道電還原可將其轉化為毒性較低的苯胺類化合物。例如，南京大學開發的碳納米管修飾微通道電極系統，在中性條件下，硝基苯的還原速率是傳統批次反應的 5 倍，苯胺選擇性可達 98%；

重金屬離子去除：微反應器電沉積技術可用于去除廢水中的重金屬離子（如銅、鎳、鉻離子），通過陰極電沉積將重金屬離子還原為金屬單質，實現資源回收。例如，荷蘭代爾夫特理工大學開發的微通道電沉積系統，處理含銅廢水時，銅離子去除率可達 99.9%，且沉積的銅薄膜純度高達 99.5%，可直接回收利用。

四、挑戰與展望：推動融合技術走向規模化應用

      盡管微反應器與電化學的融合已取得顯著進展，但在材料成本、工業放大、長期穩定性等方面仍面臨挑戰，需通過技術創新逐步突破：

      材料成本問題：目前微反應器的基板材料（如硅、玻璃）與電極材料（如金、鉑）成本較高，限制了其大規模應用。未來可通過開發低成本聚合物基板（如聚丙烯、聚碳酸酯）、廉價金屬電極（如鐵、鋅基復合電極）或可回收電極材料，降低系統成本；

      工業放大難題：微反應器的優勢源于其微尺度效應，如何在放大過程中保持微通道的傳質傳熱效率與電場均勻性，是實現工業應用的關鍵。目前主流的放大策略包括 “數量放大"（即并聯多個微通道模塊）與 “尺寸放大"（在保持比表面積不變的前提下增大通道尺寸），例如，瑞士 Syrris 公司開發的 FlowSyn 微反應器系統，通過并聯 16 個微通道模塊，實現了公斤級的連續流電合成，為工業放大提供了可行路徑；

      長期穩定性問題：在長期運行過程中，電極表面易發生結垢（如產物沉積、催化劑失活）、微通道易發生堵塞（如固體產物析出），影響系統的穩定性。未來可通過開發自清潔電極（如超疏水涂層電極）、優化電解液組成（如添加防結垢劑）、設計易清洗的微通道結構（如圓形通道、可拆洗模塊），提升系統的長期運行穩定性。

      展望未來，隨著材料科學、微加工技術、自動化控制技術的不斷進步，微反應器與電化學的融合將朝著 “更高效率、更高選擇性、更低成本、更易放大" 的方向發展。一方面，通過多物理場耦合（如電場 - 磁場 - 溫度場協同）進一步強化傳質與催化效率；另一方面，結合人工智能技術，構建基于機器學習的反應參數優化模型，實現反應過程的智能調控。可以預見，這一融合技術將在未來 5-10 年內逐步實現從實驗室到工業的規模化應用，成為推動化學合成向 “綠色、高效、精準" 轉型的核心技術之一。

產品展示

      SSC-ECRS3000微通道連續流智能電合成系統（高壓5MPa），可以滿足多種電催化的高低壓力的實驗，可以實現雙室，氣氣、氣液、液液等多種配置的電催化實驗，可以匹配多種電化學池，實現不同壓力、溫度、流速、通道下的電化學實驗，可根據需求升級為工業化電合成系統。

      SSC-ECRS3000微通道連續流智能電合成系統（高壓5MPa），將氣路液路系統、電合成反應池、在線監測、壓力控制、溫度控制等，進行智能化、微型化、模塊化設計，集成為一套智能電合成系統，通過兩路氣路和兩路液路的不同組合實現電合成催化，并采用在線檢測體系對反應產物進行定性定量分析。