在追求可持續(xù)發(fā)展的時代浪潮中，傳統(tǒng)高能耗、高污染的化學工業(yè)正面臨深刻的轉(zhuǎn)型。如何以更清潔、更高效、更精準的方式實現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與合成，是科學家和工程師們孜孜以求的目標。在這一宏大背景下，電化學作為一門連接電能與化學能的古老學科，煥發(fā)出生機。而實現(xiàn)這一切轉(zhuǎn)化的核心平臺，正是電化學反應器。
電化學反應器是一個能夠提供特定電化學環(huán)境，使非自發(fā)或緩慢的化學反應得以高效、可控進行的裝置。其基本構(gòu)造通常包括陽極（發(fā)生氧化反應）、陰極（發(fā)生還原反應）、電解質(zhì)溶液（傳遞離子）以及隔膜（分隔陰陽極區(qū)，防止產(chǎn)物混合）等核心組件，并配有電源、電解槽殼體、物料進出和控制系統(tǒng)。其工作原理的本質(zhì)是利用電能作為“試劑”來驅(qū)動化學反應。當外部電源施加電壓時，電子被迫從陽極流向陰極。在陽極表面，反應物失去電子，發(fā)生氧化反應；在陰極表面，反應物得到電子，發(fā)生還原反應。通過精確控制施加的電壓或電流密度，可以“定制”反應的路徑和速率，選擇性地生成目標產(chǎn)物。這個過程巧妙地繞過了傳統(tǒng)化學合成中常常需要的高溫高壓和苛刻的氧化劑/還原劑，從源頭上降低了能耗和污染。 電化學反應器的核心優(yōu)勢首先在于其綠色化與原子經(jīng)濟性。它最核心的“試劑”是清潔的電子，反應過程中主要消耗的是電能，若電能來源于可再生能源（如太陽能、風能），則整個反應過程可實現(xiàn)“零碳”或“低碳”排放。它避免了傳統(tǒng)工藝中大量使用的酸、堿、強氧化劑等危險化學品，從源頭減少了“三廢”的產(chǎn)生。此外，電化學反應通常條件溫和（常溫常壓），副反應少，目標產(chǎn)物的選擇性和收率高，契合了綠色化學中“原子經(jīng)濟性”和“預防污染”的核心理念。其次，它具備高度的靈活性與可控性。通過簡單地調(diào)節(jié)電壓、電流、電解液組成、電極材料和反應器結(jié)構(gòu)等參數(shù)，就可以在同一套裝置上實現(xiàn)多種不同的化學轉(zhuǎn)化，展現(xiàn)出強的適應性。這種“電勢可調(diào)”的特性，使得電化學反應器能夠精準地控制反應的“力度”，實現(xiàn)傳統(tǒng)化學方法難以達到的精細合成。
廣闊的應用前景與變革性潛力是電化學反應器最令人振奮的特質(zhì)。在能源領域，它是燃料電池和金屬-空氣電池的“心臟”，也是電解水制取“綠氫”的關鍵設備，是構(gòu)建未來氫能社會的基石。在環(huán)境治理中，電化學氧化技術(shù)能有效降解難降解有機污染物，電化學還原法則可用于回收廢水中的貴金屬或去除硝酸鹽。在精細化工與有機合成領域，電化學合成為許多藥物、農(nóng)藥、香料等高附加值化學品的綠色制備提供了全新路徑。在資源回收方面，它可以從廢舊電池、電子垃圾中高效提取有價金屬，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。
隨著材料科學、過程工程和自動化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電化學反應器正朝著更高效、更智能、規(guī)模化的方向邁進。三維電極、流化床電極等新型反應器設計極大地提高了反應效率和時空產(chǎn)率；膜電極組件（MEA）技術(shù)的應用，顯著降低了能耗；而與人工智能、大數(shù)據(jù)的結(jié)合，則使得反應過程的優(yōu)化和控制更加精準。
