转自：环境催化
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本文综述了电化学双层（Electrical Double Layer, EDL）的基本特性及其在电催化中的作用。EDL是电子导体（电极）与离子导体（电解质）之间的界面区域，对电化学反应的电荷传递机制和反应速率有着重要影响。文章首先介绍了EDL的理论基础，包括Helmholtz、Gouy-Chapman和Stern模型，以及它们对EDL结构的描述。随后，文章讨论了EDL特性的实验技术，如X射线散射、光谱技术、扫描探针技术、循环伏安法、电化学阻抗谱（EIS）等，这些技术用于分析EDL的微观结构和宏观特性。
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文章进一步探讨了电极组成、结构和电解质化学对EDL特性的影响。研究强调了电极材料（如贵金属、非贵金属、金属氧化物、过渡金属硫属化物和碳基材料）对EDL特性的影响，以及非贵金属金属和介电材料的EDL特性。通过实验和理论方法研究了EDL结构，包括金、铂等贵金属单晶表面的EDL结构，以及高熵合金的EDL特性。
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文章还讨论了电解质组成对EDL特性的影响，包括碱金属阳离子的性质、阳离子浓度、溶液pH值对EDL的影响。研究指出，即使是在支持电解质中不参与电化学反应的阳离子，也会对EDL结构和电催化反应的活性产生显著影响。此外，文章还探讨了温度和压力对EDL特性的影响，以及固-液界面与固-固界面的比较。
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在实验研究方面，文章提到了STM、XAS、EC-IR、ETS、SFG和激光诱导电流瞬变方法（LICT）等技术在EDL研究中的应用。这些技术使我们能够直接观察和分析电极/电解质界面的分子结构和动态过程。文章还强调了理论方法在理解EDL特性中的作用，如第一性原理模拟、机器学习（ML）技术等。
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文章讨论了EDL特性与电催化活性之间的关系。研究表明，EDL的参数，如双电层电容（Cdl）、零电荷电位（pzc）、最大熵电位（PME）等，与电催化活性密切相关。例如，PME与电催化反应的活性有关，而Cdl则与电极材料的电子结构和吸附性质有关。文章还提到了EDL特性对电催化活性的影响，如在氢进化反应（HER）、氧还原反应（ORR）和二氧化碳还原反应（CO2RR）中，EDL结构对反应动力学的调控作用。
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在电催化应用方面，文章讨论了EDL在不同电化学反应中的角色，如在固体氧化物燃料电池（SOFCs）中，EDL对氧传输机制的影响。文章还提到了在设计高效电化学能源系统时，寻找活性描述符的重要性，这些描述符应简单且易于计算，以预测材料的电催化性能。
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最后，文章总结了EDL研究的现状和展望。尽管在实验和理论上对EDL有了深入的了解，但在将EDL特性与电催化活性直接相关联方面仍存在挑战。文章强调了需要进一步的实验和理论研究，以及开发新的实验技术，以更全面地理解EDL在电催化中的作用。同时，文章也指出了在复杂电催化系统中，如高熵合金和金属硫属化物等，对EDL特性的理解仍然有限，需要更多的研究来探索这些材料的EDL特性及其与电催化活性之间的关系。
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https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00806
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