当电极与电解质接触时，所形成的界面极为复杂多样，其特点在于电荷密度分布不均以及离子物种和溶剂分子的排列方式各异。这一区域对所有电化学装置的功能起着决定性作用，通常被称为电双层（Electrical Double Layer，EDL），这一概念最早由赫尔姆霍茨（Helmholtz）于1853年提出[1]。
迄今为止，对EDL结构的描述往往过于简化。例如，某些模型（如Gouy–Chapman–Stern（GCS）模型）将其描述为离子组成的明显分层结构（内赫尔姆霍茨面、外赫尔姆霍茨面和扩散层，见图1a）。然而，这种简单的描述方式未能充分展现电化学界面在分子水平上的复杂真实情况，从而阻碍了我们对电化学过程的理解及其理性控制。
在本综述中，我们重点介绍了我们团队及其他团队近期的部分研究成果，这些成果展示了从分子层面审视电化学界面化学相互作用的重要性。这些方法为利用界面组织对电催化反应速率的影响以及控制电位依赖性中性物种吸附开辟了新途径。我们预期，这些概念将有益于能源存储和可持续化学合成领域的相关研究。
01 电化学双电层（EDL）的基本概念
电化学双电层是指在电极与电解质溶液的界面上，由于电荷分布不均而形成的双电层结构。这个结构由紧密层和扩散层组成，紧密层靠近电极表面，其中电荷分布较为集中；扩散层则位于紧密层之外，电荷分布逐渐趋于均匀。双电层的存在对电极反应的动力学和热力学过程具有重要影响。
02 双电层结构在电解控制中的应用
优化电解效率：通过精确调控双电层的结构和性质，可以优化电解过程中的电荷转移和物质传输过程，从而提高电解效率。例如，通过改变电极表面的电荷分布和电解质溶液的组成，可以影响电解质的离子吸附和脱附过程，进而调控电解速率。
提高选择性：在电解过程中，不同的离子可能具有不同的电解电位和反应速率。通过调控双电层的结构和性质，可以选择性地促进或抑制某些离子的电解反应，从而提高电解的选择性。这种选择性调控在制备高纯度化学品和分离混合物方面具有重要意义。
增强稳定性：双电层的稳定性对电解过程的长期运行至关重要。通过优化电极材料和电解质溶液的组成，可以增强双电层的稳定性，减少电极的腐蚀和钝化现象，从而延长电解装置的使用寿命。
03 研究方法和技术
电化学阻抗谱（EIS）：电化学阻抗谱是一种常用的电化学测试技术，可以用于研究电极界面的电荷转移和物质传输过程。通过测量电极在不同频率下的阻抗响应，可以获得关于双电层结构和性质的信息。
原位表征技术：原位表征技术如原位X射线衍射（XRD）、原位拉曼光谱等，可以用于实时监测电解过程中电极表面的结构和组成变化。这些技术为理解双电层在电解过程中的动态行为提供了有力支持。
理论建模和仿真：通过建立电化学双电层的理论模型并进行仿真计算，可以预测和解释不同条件下电解过程的行为和性能。这些模型可以包括平衡状态下的Gouy-Chapman-Stern（GCS）模型、Bikerman-Poisson-Boltzmann（BPB）模型等，以及动态条件下的更复杂的模型。
04 图文导读
05 结论和展望
结论：通过深入研究电化学双电层结构在电解控制中的作用，可以得出如何通过优化双电层的结构和性质来提高电解效率、选择性和稳定性的具体方法和策略。这些方法和策略对于推动电化学领域的发展和应用具有重要意义。
展望：未来的研究可以进一步探索新型电极材料和电解质溶液的组合和优化，以及更先进的原位表征技术和理论建模方法的应用。此外，还可以将电化学双电层结构的研究扩展到其他相关领域，如燃料电池、超级电容器和电化学传感器等，以推动这些领域的创新和发展。
综上，文章深入探讨了如何利用电化学双电层结构来理性地控制电解过程，从而优化电解效率、选择性和稳定性。通过综合运用电化学阻抗谱、原位表征技术和理论建模等方法和技术，可以揭示双电层在电解过程中的作用机制，并为电化学领域的发展和应用提供新的思路和方法。
