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Breaking the Unity Limit: Electrocatalytic Systems Surpassing 100% Faradaic Efficiency

非平衡态热力学 法拉第效率 材料科学 电荷(物理) 电子 纳米技术 电极 电子传输链 化学物理 化学能 能量(信号处理) 输运现象 动能 电催化剂 载流子 导电体 电势能 储能 接口(物质) 电化学能量转换 事件(粒子物理) 离子
作者
Wen Ge,Jialu Liu,Xiayan Zhang,Jun He,G. Zhang,Mingyu Sun,Sung-Ho Kong,Zixu Sun,Xinjian Shi,Huakun Liu,Shixue Dou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202528747
摘要

ABSTRACT Recent advancements in electrocatalytic systems have revealed apparent system‐level Faradaic efficiencies ( ) exceeding 100% when normalized to the external charge input ( Q external ), challenging the conventional assumption that each externally injected electron is associated with a single product‐forming event at a single interface. Such > 100% values do not violate charge or energy conservation; rather, they reflect unconventional electron utilization enabled by reactor design, interfacial modulation, and transport control under a fixed Q external . This Review establishes a unified system‐level electron‐accounting framework and categorizes. > 100% reports into four mechanistic pathways: (1) dual‐electrode synergistic production through bidirectional product formation; (2) dynamic interfacial reconstruction that enhances multichannel electron activation; (3) nonequilibrium charge transport across spatial and potential gradients; and (4) intermediate‐sharing mechanisms facilitated by membranes or interface coupling. Representative systems are examined to illustrate how efficiencies exceeding unity with respect to Q external arise from physical mechanisms rather than measurement artifacts. Furthermore, we critically assess key validation methodologies and discuss persistent challenges in reaction standardization, electrode stability, energy efficiency, and reactor scalability. Overall, this Review provides a mechanistic and structural foundation for interpreting and engineering next‐generation multi‐pathway electrocatalytic platforms while fully respecting thermodynamic and conservation limits.
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