電化學(xué)應(yīng)用在電催化領(lǐng)域研究方向及常見(jiàn)電化學(xué)器材

這是一篇2017年發(fā)表于science的材料設(shè)計(jì)綜述。插圖中為我們展示了未來(lái)能源的利用路徑。未來(lái)我們將太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力發(fā)電、火力發(fā)電以電網(wǎng)形式一路輸送至電力運(yùn)輸系統(tǒng)，另一路用于電化學(xué)氮還原合成氨、二氧化碳還原制備碳?xì)浠衔?、電解水制備氫能。其中氨可用于農(nóng)業(yè)，碳?xì)浠衔镉糜诨瘜W(xué)品，氫氣用于燃料電池。

因此，我們電催化領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注氫燃料電池陽(yáng)極的氫氧化（HOR）、陰極的氧還原(ORR)，電解水制氫陽(yáng)極的氧析出(OER)、陰極的氫析出(HER)，碳循環(huán)中陰極的二氧化碳還原(CO2RR)，氮循環(huán)中陰極的氮還原(NRR)，產(chǎn)業(yè)化研究中可能要關(guān)注它們的氧化還原全反應(yīng)。

其實(shí)電化學(xué)應(yīng)用的范圍十分廣泛。在《電化學(xué)原理與應(yīng)用》第一頁(yè)中，描述了電化學(xué)“可用于不同現(xiàn)象、各類器件、各種電池和各種技術(shù)等不同領(lǐng)域"。

我們初中學(xué)習(xí)過(guò)電解水裝置，它基本由陰極電極、陽(yáng)極電極（兩電極體系）、電解液、電化學(xué)池（燒杯、量筒）組成。電化學(xué)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)有三電極、四電極甚至五電極體系了。右圖就是一個(gè)三電極體系示意圖，分別由電化學(xué)工作站、電解池、工作電極（WE）、參比電極(RE)、對(duì)電極(CE)、液態(tài)電解液等組成。

三電極體系的工作電極是我們主要的研究對(duì)象，當(dāng)我們研究還原反應(yīng)時(shí)，它就作為陰極，當(dāng)我們研究氧化反應(yīng)時(shí)，它可以當(dāng)陽(yáng)極。

對(duì)電極一般由石墨或鉑金組成，與工作電極形成回路，組成氧化還原反應(yīng)對(duì)。

參比電極在三電極體系中充當(dāng)基準(zhǔn)角色，幫助電化學(xué)工作站準(zhǔn)確定位工作電極和對(duì)電極上的電位差。參比電極常見(jiàn)有飽和甘汞電極，適用于酸性、中性電解液；銀/氯化銀電極，適用于中性，短期可用于酸性。

它們具體的電極電勢(shì)與保護(hù)液的濃度相關(guān)，大家可與廠商詢問(wèn)參考值或自己做矯正實(shí)驗(yàn)得出。