这篇概念文章重点介绍了微环境对含气体的电催化反应影响的机制，包括二氧化碳还原(CO₂RR)、两电子氧还原(2e^- ORR)和肼氧化(Hydrazine Oxidation)反应，证明了它们的反应性能对催化剂微环境润湿特性十分敏感。

电催化为利用可持续能源合成高价值化学品和燃料提供了一条光明的路线。它可以减少化石燃料消耗和碳排放，从而减轻人类活动对地球生态系统的影响。例如，电化学二氧化碳还原反应(CO₂RR)可以将CO₂转化为CO、甲酸盐以及多碳的碳氢化合物和含氧化合物。氮气还原反应(NRR)可以实现作为农业肥料的关键成分的氨的电合成，它可以为能源密集型Haber-Bosch工艺提供可持续的替代方案。两电子氧还原反应(2e^- ORR)可以使用O₂电合成H₂O₂; 析氢反应(HER)产生作为清洁能源的氢气。在对这些反应的研究中，催化剂微环境（距活性位点几纳米到几微米的范围）被发现在决定反应性能方面发挥着重要作用。

目前重要的电催化反应通常含有气态反应物或产物，因此高效的反应过程需要在固体催化剂、液体电解质和气态反应物或产物三相之间达到一定的平衡。催化位点附近气相反应物的存在可以加速反应物的传质。对于产气反应，必须及时清除催化剂表面产生的气泡，以便活性位点能够恢复并进一步参与反应。因此，微环境的一个重要特性是润湿特性，亲水表面（接触角<90°）易被液体润湿；而疏水表面（接触角>90°）不易被液体润湿，因此偏向于接触气体。润湿特性会影响催化位点周围液态和气态物质的分布和扩散，从而影响反应动力学。因此，人们做了许多努力来设计具有优化润湿特性的电极来改善含气体的电催化反应。例如制备具有纳米结构形态的电极，即具有可调润湿特性的纳米线或纳米管。然而最广泛使用的电催化剂配方是将金属纳米粒子分散在碳黑上以形成多孔电极，其中润湿性碳载体的特性在催化剂微环境中占主导地位，但其重要性在很大程度上被忽视了。

本文讨论了润湿特性对各种反应的普遍适用的影响，其中气体和液体物质的传质在确定电催化性能方面起着关键作用。适度疏水的微环境可以加速气态反应物向活性位点的传质，并有利于产生的气泡的快速脱离以恢复活性位点。然而，过于疏水的微环境会减少活性位点与液体电解质的接触，并限制可以参与反应的质子数量和离子电导率，从而对催化性能产生负面的影响。与之相反的是，亲水的微环境有利于催化剂活性位点与液体电解质接触，从而促进的产气反应的进行。通过调节微环境的润湿特性可以进一步优化催化位点周围的局部气/液平衡。这些理解为理性设计用于可再生能源转换的高效电催化剂和电解槽提供了启发和指导。