能源危机和气候变化对人类社会的威胁与日俱增。以太阳能和风能为能源的燃料电池和电解槽为替代目前的化石燃料有望实现无碳和可持续的能源未来。稳固高效的电催化剂是燃料电池和电解槽实际应用的基石。然而，由于缺乏对电催化剂活性位点结构、反应途径和降解机理的了解，阻碍了对其进行合理设计。因此揭示电催化过程在工作条件下电极-电解质-气体界面的operando特性具有重要意义。

有鉴于此，天津大学巩金龙教授综述了针对各种纳米、分子和单原子电催化剂的各种operando表征技术。

文章要点

1）作者总结了用于电化学过程中的各种Operando表征技术，包括：X射线吸收（XAS）、X射线发射光谱（XES）、穆斯堡尔光谱、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱和红外光谱、(扫描)透射电子显微镜（(S)TEM）、XRD以及X射线计算机层析成像。重点总结了通过这些operando技术在揭示电催化剂的结构活性关系方面所取得的研究进展以及存在的局限性。

2）作者最后指出，尽管在利用operando技术研究电催化方面取得了令人印象深刻的进展，但仍有多种因素阻碍了对电催化过程的深刻理解。主要包括：i）设备(燃料电池和电解槽)和为特定技术专门设计的operando电池之间的差异；ii）缺乏模型催化剂；iii)缺乏实时分辨技术来捕捉反应中间体寿命内由吸附物种或潜在偏差引起的活性位点的动态变化，并对其进行检测；iv)催化活性、选择性和稳定性受多种结构因素控制。

Jingkun Li, Jinlong Gong, Operando Characterization Techniques for Electrocatalysis, Energy Environ. Sci., 2020

DOI: 10.1039/D0EE01706J

https://doi.org/10.1039/D0EE01706J