一、引言

      電化學合成作為一種綠色高效的合成技術，憑借無需額外氧化劑/還原劑、反應條件溫和、原子經濟性高等優勢，在有機合成、材料制備、能源轉化等領域備受青睞。然而，傳統電合成系統存在傳質傳熱效率低、反應條件調控精度不足、副產物分離困難及規模化放大瓶頸等問題，限制了其工業化應用。微通道連續流智能電合成系統融合微流體技術、電化學工程與人工智能調控，通過微尺度通道強化傳質傳熱，依托多模態傳感與數據融合實現反應過程智能優化，革新了傳統電合成工藝的技術范式，成為推動化工行業向綠色化、智能化轉型的核心裝備。

二、核心技術原理與系統構成

2.1 核心技術優勢

      微通道連續流智能電合成系統的核心競爭力源于微尺度效應與智能調控的協同賦能。微通道的高比表面積（通常比傳統反應器高1-2個數量級）可顯著縮短傳質距離，強化反應物與電極表面的接觸效率，有效抑制濃差極化現象，使電流效率提升30%以上。同時，微通道內流體滯留體積小、傳熱速率快，能精準控制反應溫度波動在±0.5℃以內，大幅減少副反應發生，產物選擇性與純度顯著優于傳統批次反應器。

智能化升級進一步放大了微通道技術的優勢，通過多維度參數實時監測與閉環調控，實現反應過程的自主優化與穩定運行，解決了傳統電合成工藝對操作人員經驗依賴度高、反應重現性差的痛點。

2.2 系統核心組成模塊

2.2.1 微通道電化學反應器

      反應器作為系統核心，采用模塊化分層設計，典型結構包括絕緣微通道層、電極片、絕緣墊片、支撐基板及分離膜組件。絕緣微通道層材質優選耐腐、耐高溫的PEEK、PTFE或PDMS，通道寬度與厚度分別控制在50-500μm和100-1000μm，通過蛇形流道設計延長反應停留時間，提升反應轉化率。電極片采用板式結構，表面可鍍金、鈀、鉑等貴金屬增強導電性與耐腐蝕性，支持兩室或三室三電極體系，適配氣-固-液三相界面反應。

創新型設計通過在絕緣微通道層與支撐基板的支耳部設置匹配分離膜，實現反應副產物（如水分、氣體）的在線即時分離，避免副產物累積對反應的抑制作用，單程轉化率較傳統微反應器提升20%-40%，尤其適用于癸二酸二甲酯等需脫除反應水的合成場景。

2.2.2 多模態傳感與數據采集單元

      該單元是系統“感知神經"，集成電流/電位、溫度、流量、濃度、壓力等多類型傳感器，實現反應過程全參數監測。電流/電位傳感器實時捕捉反應速率與電極活性變化，精度可達微安級與毫伏級；高精度熱電偶與電磁流量計分別控制反應溫度與流體流速穩定性，確保反應物按比例連續進料；紫外-可見分光光度計與電化學濃度傳感器在線監測反應物與產物濃度，壓力傳感器則實時預警管道堵塞與設備泄漏風險。所有傳感器數據按時間序列同步采集，形成多維度原始數據集，為智能調控提供數據支撐。

2.2.3 智能調控與數據融合系統

      作為系統“大腦"，該模塊采用三級數據融合策略：數據級融合整合各傳感器原始數據，保留完整信息；特征級融合提取反應速率、熱變化等關鍵特征，降低數據維度與計算負荷；決策級融合基于多傳感器獨立判斷實現綜合決策，提升系統容錯性與實時響應能力。通過PLC控制系統集成氣路、液路、溫度、壓力的自動化調節，結合AI算法對反應參數進行動態優化，實現從反應啟動、過程調控到產物收集的全流程自動化。

2.2.4 在線檢測與產物分析模塊

      集成氣相色譜、質譜及光譜分析設備，實現產物定性定量的實時在線檢測，涵蓋CO?、CH?、甲醇、氫氣等微量氣體及有機中間體。以SSC-ECRS2000系統為例，其模塊化設計可適配光電催化CO?還原、電解水等多場景，通過在線檢測數據反向驅動反應參數優化，形成“監測-分析-調控"閉環。

三、關鍵技術突破與創新方向

3.1 反應器結構優化與功能集成

      針對傳統微反應器副產物分離難、放大效應顯著的問題，新型設計通過內置分離膜與支耳凹槽結構，實現反應與分離的原位耦合，無需額外分離設備即可移除副產物，簡化工藝流程并降低能耗。廈門大學徐海超教授課題組開發的模塊化微反應器，實現了從毫克級篩選到百克級不對稱合成的直接放大，無需重新優化反應參數，解決了傳統工藝放大過程中的效率衰減問題。

3.2 AI驅動的智能調控與自主合成

      人工智能技術的深度融合推動系統向自主化方向升級。阿貢國家實驗室與普渡大學合作開發的Polybot自主合成系統，采用“雙循環"逆設計策略，通過物理信息機器學習模型預測產物性能，結合機器人系統實現合成、純化、表征全流程自動化。該系統在72小時內成功合成目標顏色的電致變色聚合物，甚至實現未報道的綠色聚合物精準制備，顏色匹配誤差ΔE_Lab低至3.2，大幅提升合成效率與精準度。

      大型語言模型（LLM）的應用進一步強化了數據挖掘能力，可從海量文獻中自動提取反應數據、優化催化劑與溶劑組合，為反應條件篩選提供智能支撐，縮短技術研發周期。

3.3 多場景適配與工藝創新

      系統通過模塊化設計實現多反應類型適配，既適用于氧化型不對稱催化、巰基化、脫氫偶聯等有機合成反應，也可用于光電催化CO?還原、電解水制氫、N?還原等能源轉化過程。在氧化不對稱催化反應中，連續流電合成系統無需化學氧化劑，減少添加劑與電解質使用量，反應效率較傳統工藝提升50%以上，展現出優異的綠色化工潛力。

四、應用場景與產業價值

4.1 精細化工與醫藥中間體合成

        在藥物中間體、精細化學品合成中，系統憑借高選擇性與精準調控能力，可高效制備高附加值產物。例如，在癸二酸二甲酯合成中，通過原位分離反應生成的水分，顯著提升單程轉化率與產物純度，降低后續分離成本。對于電致變色聚合物等功能材料，AI驅動的自主合成系統可實現分子結構的精準調控，為柔性顯示、智能窗等器件研發提供高效制備方案。

4.2 綠色能源與環保領域

      在CO?資源化利用、電解水制氫等領域，微通道連續流智能電合成系統可強化氣-液-固三相反應傳質，提升催化效率與產物選擇性。系統能精準調控反應條件，優化CO?還原產物分布（如甲烷、甲醇等），為碳捕集與利用技術的工業化提供裝備支撐。

4.3 新材料研發與規模化生產

      模塊化設計使系統可快速適配新材料研發需求，通過高通量篩選優化反應參數，加速催化劑、功能聚合物等材料的研發進程。同時，直接放大能力解決了實驗室成果向工業化轉化的瓶頸，實現從研發到生產的無縫銜接，降低技術轉化成本，推動新材料產業快速迭代。

五、挑戰與未來展望

5.1 現存技術挑戰

      當前系統仍面臨多重技術瓶頸：多傳感器數據采樣頻率、量綱差異導致數據同步與融合難度較大，對數據處理能力提出高要求；微通道易受物料雜質堵塞，長期運行穩定性有待提升；高精度傳感器與特種材料的成本較高，限制了規模化推廣。此外，復雜反應體系的AI模型訓練需大量實驗數據，多組分反應的機理研究與模型優化仍需深化。

5.2 未來發展方向

      未來需聚焦高效數據融合算法研發，結合邊緣計算與云計算技術，實現多源數據的實時分析與智能決策，提升系統響應速度與調控精度。開發抗污染、耐高壓的新型微通道材料與集成式傳感器，降低設備成本并提升長期運行穩定性。推動AI模型與反應機理的深度融合，構建通用型預測模型，拓展系統在復雜反應體系中的應用范圍。

同時，需加強跨學同創新，融合微流體力學、電化學、人工智能與材料科學，推動系統向小型化、便攜化、無人化方向發展，實現從實驗室裝備到工業生產線的全面普及，為化工行業綠色化、智能化轉型注入核心動力。

六、結論

      微通道連續流智能電合成系統通過微尺度效應與智能調控技術的深度融合，突破了傳統電合成工藝的效率與調控瓶頸，在傳質傳熱強化、反應精準控制、副產物原位分離等方面展現出獨特優勢。隨著AI算法的迭代升級、反應器結構的持續優化及應用場景的不斷拓展，該系統已在精細化工、能源轉化、新材料研發等領域展現出廣闊的產業前景。未來，通過攻克數據融合、材料性能、成本控制等關鍵難題，微通道連續流智能電合成系統將成為推動綠色化工發展的核心裝備，助力“雙碳"目標實現與化工產業高質量升級。

產品展示

      SSC-ECRS2000微通道連續流智能電合成系統主要用于電催化反應和光電催化劑的性能評價，可以實現連續流和循環連續流實驗，配置反應液體控溫系統，實現主要用于光電催化CO2還原反應全自動在線檢測系統分析，光電催化、N2催化還原，電催化分析、燃料電池、電解水等。 

      SSC-ECRS2000微通道連續流智能電合成系統將氣路液路系統、光電催化反應池、在線檢測設備等進行智能化、微型化、模塊化設計并集成為一套裝置，通過兩路氣路和兩路液路的不同組合實現電催化分析，并采用在線檢測體系對反應產物進行定性定量分析。可以適配市面上多數相關的電解池，也可以根據實驗需求定制修改各種電催化池。

● 將光源、電化學工作站、電催化反應池、管路切換和氣相色譜模塊化集成化系統化；

● PLC控制系統集成氣路、液路控制、溫度控制、壓力控制、閥體切換、流路顯示等；

● 主要用于半導體材料的光電催化流動相CO2還原反應活性評價等；

● 用于半導體材料的光電催化流動相H2O分解產氫、產氧活性評價、N2還原、電催化等；

● 微量反應系統，極低的催化劑用量；

● 導電電極根據需要可表面鍍金、鈀或鉑，導電性能佳，耐化學腐蝕；

● 標配光電反應池，可實現兩室三電極體系或三室三電極體系，采用純鈦材質，耐壓抗腐蝕

● 可適用于氣-固-液三相界面的催化反應體系，也可適用于陰陽極液流循環反應系統；

● 測試范圍廣，CO2、CO、CH4、甲醇、氫氣、氧氣、烴類等微量氣體。