在简单的电化学界面的中心，电极和电解质的交点处虽然只有很小的空间，但进行了复杂的化学现象，包括吸附和解吸过程，电子和电荷转移反应，溶剂化和去溶剂化以及静电相互作用。电极/电解质界面工程是当今储能技术的基础，包括电池和电化学超级电容器，燃料电池以及许多重要的电化学合成方法。在此界面上的反应对电极的表面电子和几何特性，电解质特性（包括pH值，浓度，离子强度以及阴离子和阳离子的性质）以及电场强度很敏感。将可再生能源与电化学技术相结合，将无处不在的分子H2O，CO2和N2转化为化学能载体和化学原料，是可持续绿色能源的未来。
有鉴于此，德国波鸿鲁尔大学的Wolfgang Schuhmann教授等人，讨论了目前确定电催化性能的主流做法的一些不足和不一致性，这些不足和不一致性不仅拖延了实现功能体系的进展，而且阻碍了原子和分子尺度基本性质和现象的研究，从而无法合理地进行自下而上的催化剂设计。重点介绍了材料特性，电催化活性和稳定性方面的明显差异的例子，这些材料在按预期设置的条件而不是普通实验室条件下进行测试时表现出明显的差异，从而倡导在与应用相关的条件下实现统一的活性与稳定性的相关性。
本文要点
1）使用实验证据强调了以下事实：对于面向应用的研究，在确定了活性材料之后，不应总是将稳定性视为要优化的次要参数，而是将稳定性重新作为主要设计方法的固有部分。对于旨在发现特定反应最有效的活性位点的组成和性质的基础研究，重点介绍了主要基于纳米电化学的方法和技术，这些方法和技术主要用于精确确定内在动力学参数，并且可以通过简单的实验快速评估（电化学）化学反应稳定性。针对新出现的催化剂设计概念，包括高熵合金(HEA)、纳米酶和微纳米受限体积中的电催化，讨论了一些调整反应选择性的策略。
2）对电化学能量转换中关键过程和反应机理的理解的进步，加上更可靠的表征技术，使得目前对结构的研究不断深入。性能描述符在电催化剂的活性，稳定和选择性的合理设计方面取得了显着进步。电化学和材料表征方法仍然存在弱点，阻碍了关键动力学参数和材料性能以及反应条件下动态物理化学现象的准确确定。建立实验和理论模型以捕获催化剂在反应条件下的动力学性质以及电化学双层中相关的串联过程，将有助于该领域的进一步发展。
3）改进当前原位表征方法的灵敏度，响应时间和数据采集速度，包括液池电化学TEM，与拉曼耦合的电化学，表面增强拉曼以及ATR-FTIR光谱和X射线吸收光谱法，对电催化剂的稳态和瞬态特性进行跟踪和研究是深入理解反应机理、设计改进催化剂和电化学界面的必要条件。为了加速在技术应用上实现重大突破，重要的是在实际描述工业应用预期的条件下确定活性、稳定性和选择性的新实验基准。
参考文献：
Justus Masa et al. Electrocatalysis as the nexus for sustainable renewable energy. The Gordian knot of activity, stability, and selectivity. Angew., 2020.
DOI: 10.1002/anie.202007672
https://doi.org/10.1002/anie.202007672
