随着锂离子电池（LIBs）在便携式电子产品、电动汽车和电网储能领域的广泛应用，因可燃液态有机电解质所引起的电池安全问题受到越来越多的关注。固态锂电池（SSLBs）凭借其高安全性和高的能量密度潜力，被视为下一代储能技术的重要方向。然而，固态电解质（SSEs）的实际应用仍面临诸多挑战，包括离子电导率低、与电极界面相容性差、机械性能不理想，以及规模化制备困难等。如何获得满足应用需求的高性能锂离子固态电解质呢?为回答这一科学问题，本文系统梳理了近年来SSEs的研究进展，涵盖无机类（氧化物、硫化物、卤化物）、有机类（聚合物、塑性晶体、聚离子液体）以及新兴的软固态电解质（S3Es）类。分析表明，单组分（无机、有机）固态电解质存在固有局限性，且仅通过成分和结构调整难以完全克服。相比之下，软固态电解质，特别是基于“刚-柔协同”复合策略和借助多孔框架实现“Li+去溶剂化”机制的S3Es体系，能够通过整合互补组分的优势，在电化学性能（如离子电导率与电化学稳定窗口）、力学性能及可加工性方面实现协同提升，展现出作为下一代SSEs的巨大潜力。此外，本文还进一步探讨了S3Es面向实际应用所面临的关键挑战及新兴研究趋势，旨在为高性能SSEs的未来发展提供战略性见解。
Fe-N-C催化剂长期受限于氧还原反应动力学迟缓的问题，这源于其对氧中间体的过度吸附强度及较低的活性位点利用率。杂原子掺杂通过调节金属位点的电子结构优化中间体吸附，有效加速氧还原反应动力学，而化学气相沉积技术可以提升活性位点的周转频率。本文采用双前驱体的化学气相沉积策略，开发出富含FeS1N4位点的FeSNC催化剂。实验与理论分析表明，硫元素的引入打破了活性位点的对称配位，将OH*吸附能从0.212 eV优化至1.194 eV。此外，活性位点的周转频率从1.98 e-1·site-1·s-1提升至6.32 e-1·site-1·s-1，显著增强了催化剂的本征活性。更值得注意的是，含硫物种的亲水性显著提高了掺硫催化剂的亲水性，从而促进了氧气和质子传输。因此，FeSNC催化剂在0.1 mol·L-1 HClO4中表现出极高的0.863 V半波电位，并在H2-O2质子交换膜燃料电池中达到1.2 W·cm-2的峰值功率密度。这项工作突出了配位工程的关键作用。
均相电催化氮气还原反应（NRR）可在温和条件下探索分子固氮路径，并通过调控金属中心、配体骨架与反应介质构建和优化催化体系，从而在分子层面捕获关键固氮中间体。然而，该领域仍受制于所需还原电势较负、析氢反应竞争强、可持续周转频率受限及长期稳定性不足等瓶颈。本综述以“电子如何递送至分子活性中心”为主线，对均相电化学氮气活化/转化体系进行分类：一类为直接电子传递（DET），电极将电子传递给可循环的介导体“mediator”，再由介导体在均相体系中传递给催化循环。介导体系进一步分为仅传递电子的电子转移（ET）介导体与实现质子-电子耦合递送的PCET介导体。在DET部分，我们梳理从早期低价钛、钨物种到近年来广泛研究的钼、铁、铼分子配合物的结构与反应过程中的关键中间体，并将机理归纳为两条主路径：其一为“cleavage-first”断键路径，通过N≡N裂解生成可分离/可表征的金属氮化物（M≡N）；其二为“PCET-first”路径，在保持N-N键的前提下逐步氢化形成NxHy中间体并进一步生成氨。上述归纳为建立配体电子效应、二级配位层、多金属协同及溶剂/电解质微环境与选择性之间的构效关系提供参考。在介导部分，ET介导体可在一定程度上将强还原需求从催化剂本体“外移”，缓冲过强的还原环境并降低失活风险；PCET介导体则依托可调的氧化还原电位与介体-H键强度（BDFE），以更可控的方式进行电子/质子转移，从而促进中间体氢化并提升有效活性与周转数。最后，我们强调均相电催化氮气还原的研究仍需坚持严格的污染控制与定量产物鉴定标准，并指出有必要通过更合理的分子与体系层面设计提升催化反应在长时间运行下的稳定性。进一步地，我们展望了可将介导体策略、分子催化剂设计与电解槽工程相结合，推动均相体系由机理模型迈向具备规模化潜力的电化学合成氨器件。
固态锂电池因其优异的安全性能而成为大规模储能领域的研究热点。与锂金属阳极匹配的高压正极材料的发展使固态锂电池的能量密度接近甚至超过了基于液体电解液的锂电池。然而，在高电压条件下（> 4.3 V），固态电解质组分分解、结构退化和界面副反应会显著降低高压固态电池性能，阻碍其进一步发展。本文综述了高压固态锂电池中无机电解质、聚合物电解质和复合电解质的最新研究进展。同时，详细介绍了高压凝胶固体电解质和高压准固体电解质的设计。此外，界面工程对于提高高压固态电池的整体性能至关重要。最后，我们总结了高压固态锂电池面临的挑战，并对未来的研究方向提出了自己的看法，以期对未来的研究具有指导意义，推动高压固态锂电池的发展。
水系钠离子电池因其较高的安全性而在水系电池领域备受关注。然而，水基电解液的特性降低了负极材料工作电位以及电化学稳定性，进而阻碍了水系钠离子电池的大规模应用。钛酸亚磷酸盐（NaTi2(PO4)3，NTP）因其出色的电化学性能和可调的结构，被认为是最具实用化前景的用于水系钠离子电池的负极极材料之一。近年来，围绕NTP的研究取得了显著进展，但关于其研究现状和未来发展方向的综述仍然缺乏。在此背景下，本文首先介绍了NTP的基本特性，并深入分析了其实际应用所面临的挑战。随后，全面概述了提升NTP电化学性能的改性策略。最后，基于当前的研究状况和实际需求，提出了推动实现水系钠离子电池实际应用的建议和展望。本综述旨在为未来研究提供方向指引，推动从基础材料创新逐步过渡到工业应用，进而加速水系钠离子电池的大规模商业化进程。
溶剂化离子交换膜近年来作为电化学能源转换与存储装置的核心组件，已获得学界广泛关注。本文从基质结构分类角度，系统梳理了离子交换膜的结构组成、性能优势、研究进展、离子传导机制及现存问题，并深入解析了性能优化方法、关键性能指标及影响因素。该研究为优化离子交换膜的设计应用提供理论支撑，为未来水电解制氢、电化学储能等领域的技术发展注入新动能。
锂离子电池作为动力电池应用中的热安全问题始终是行业关注的重点。全面了解电池内部副反应对电池温升的影响规律，对准确分析热失控过程和预测锂离子电池的热安全性至关重要。虽然在之前的研究中，已有多种副反应已被确定为热源，如固体电解质界面膜分解、负极与电解液反应、正极与电解液反应以及电解液分解反应，但这些反应的量化仍然不够标准化。尤其是高温下粘合剂分解（最常见的是聚偏二氟乙烯）产生的热量对锂离子电池热失控过程的影响知之甚少。因此，本文针对18650型锂离子电池构建了一个电热耦合数值模型，系统分析了高温条件下这五种主要副反应导致热失控的协同作用，特别聚焦于精确量化热失控过程中粘合剂反应热的贡献。结果表明，一旦环境温度超过引发链式放热副反应所需的阈值，模型中包含或排除粘合剂反应不会影响锂离子电池热失控的评估结果。然而，在该条件下，粘合剂反应对总热量释放的热量贡献显著增加，因此成为热失控传播过程中温度升高的主要热源之一。相反，如果环境温度未达到阈值，则粘合剂分解的热量贡献可以忽略不计。此外，改进的电热耦合模型可作为一种有效的模拟工具，用于设计具有增强安全保证的电池系统，选择合适的粘合剂材料以减轻热失控的不利影响，并优化电池开发过程中的热管理，可大大缩短了研发周期。本文的研究结果为不同精度要求的电热模型建立了热源选择标准，同时为锂离子电池设计中的模型简化和高保真度优化提供了理论基础。
熵是金属/溶液界面双电层的基本热力学性质之一，但其定义、测量方法和理论处理在现有文献中较为分散，且在某些情况下仍存在歧义。本文重新审视了双电层的热力学理论，明确区分并比较了两类熵：过剩熵和形成熵。针对形成熵，在最基本的双电层模型-Gouy-Chapman（GC）模型框架下，验证了两种等价的计算途径。在澄清相关概念和计算方法之后，本文采用改进的Gouy-Chapman-Stern（GCS）模型研究了界面水对双电层形成熵的影响。该模型显式引入了氧端朝向与氢端朝向水分子之间的化学势差，记为δμ。模型计算得到的微分电容和熵与Au(111)电极在水溶液中形成的双电层实验数据进行了对比。结果表明，当未带电表面上水分子更倾向于氧端朝向构型时，最大熵对应的表面荷电（CME）为负值；此外，当δμ随电位变化时，形成熵在CME附近呈现出明显的非对称性。然而，该模型无法同时再现来自两项独立实验研究的电容和熵测量结果，表明模型仍存在不足，或实验数据中可能存在误差。尽管如此，本工作强调了在研究双电层时同步测量电容和熵的重要性。
电催化硝酸盐还原合成氨（NitRR）是一条将环境污染治理与高附加值化学品生产相结合的绿色可持续路径。然而，其活性与选择性受限于瞬态中间体——活性氢（*H）的生成、消耗与动态平衡。实现活性氢的精准调控，必须首先依赖于先进的原位电化学表征技术对其行为进行全面解析。尽管已有综述从调控策略、原位表征总览等角度进行论述，但系统评述如何合理选用原位电化学技术对NitRR中的*H进行专门表征，并清晰界定各技术的“检测对象、定量精度与应用边界”的工作仍属空白。本文旨在填补这一方法学空缺，系统梳理了用于解析NitRR中*H行为的原位电化学表征技术，包括原位谱学技术、原位电化学方法和扫描电化学显微镜技术。基于这些先进表征技术，在该综述中，我们重点构建了一个针对NitRR过程中*H表征的“问题导向”的多层次方法学框架。通过阐述这些技术的原理、应用实例与适用范围，旨在为后续活性氢研究中的表征技术选择提供可靠依据，从而深化对NitRR微观机制的理解。此外，还探讨了未来的研究方向和发展趋势，为推动高效、高选择性绿色氨合成技术的发展提供了相关指导。
羧甲基纤维素（CMC）是一种广泛应用于石墨负极的水系粘结剂。然而，CMC反离子（Li+/Na+/K+）的种类与组成如何在分子尺度上调控界面离子传输并影响电极性能仍缺乏清晰认识。本文采用分子动力学模拟构建电解液/CMC/石墨三相界面模型，以CMC-Li、CMC-Na、CMC-K及混合反离子CMC作为粘结剂，系统探究充电过程中Li+穿越粘结剂相并进入石墨的微观迁移路径。结果表明，在CMC-Li体系中，Li+能够持续由电解液穿过粘结剂相并嵌入石墨层间，在模拟时间尺度内形成稳定的传输通路。相比之下，在CMC-Na与CMC-K体系中，Na+/K+难以进入石墨内部而倾向于在石墨表面富集，形成阳离子富集界面屏障，从而抑制Li+向石墨迁移。进一步地，随着在CMC中逐步以Li+替代Na+/K+，该界面阻塞效应减弱，Li+对石墨的可及性随之提高。本研究为CMC-Li相较CMC-Na/K在实验中性能表现更优提供了微观机制解释，并为粘结剂离子传输性能的优化提供了理论依据与设计思路。
再布线层由多层的介电材料和电镀铜材料构成，是晶圆级先进封装中用于重新布局芯片表面引脚的基本结构。作为电解液中最关键的化学成分，电镀铜添加剂正在快速发展迭代，以满足工业界对高速沉积和细线宽、窄线距的应用需求。然而，探究电镀添加剂的分子结构与电镀铜材料性能之间复杂的构效关系仍然是一项重要挑战。本研究对比考察了一组三苯甲烷类染料分子结晶紫和甲基绿作为整平剂在高速再布线层电镀中的应用效果和作用机制。结果表明，甲基绿相比结晶紫分子在仅增加一个季铵化的端基的条件下，即可显著增强分子的电化学极化并实现镀层形貌平整。结合量子化学计算、电化学原位光谱及微观结构分析表征，我们发现甲基绿具有更强的静电吸附、更高的表面覆盖以及明显的多添加剂协同，从而实现对电镀铜线路形貌的精确调平。本研究阐明了三苯甲烷衍生物整平剂体系的吸附机制及筛选依据，并提出了适用于高速电镀铜应用的添加剂备选结构。
电化学过程是生命功能的核心，主导着能量转导、代谢流动与分子信号传递。随着电化学科学的快速发展，如今能够以空前的空间、时间与化学分辨率对这些过程进行探测与调控。本综述构建了一个从基础机制到表征技术再到功能调控的整体框架。本文首先概述线粒体呼吸、微生物胞外电子传递和DNA与蛋白质介导的电荷传导途径，并介绍光合作用中的光-电子转换原理，以及氧化还原平衡在协调细胞响应中的核心作用。随后，重点总结可实现多尺度生命体系表征的电化学分析技术，包括生物传感、电化学与扫描探针成像、电化学发光检测，以及膜电位与神经递质的动态测量。随着柔性生物界面、超微电极与纳米孔等新兴平台的快速发展，上述表征和测量进一步扩展至体内和单分子尺度。最后，本文讨论如何利用电化学调控代谢通路、微生物和蛋白质活性以及神经信号，从而实现精准治疗和生物工程应用。总体而言，这些进展确立了电化学作为解析与引导生命体系研究的强大基础工具。
为落实国家科技发展规划总体部署，在十四五的收官之年，由国家自然科学基金委员会化学科学部主办的电化学“十五五”发展规划战略研讨会于2025年8月29日在厦门成功举办。本次战略研讨会汇聚国内电化学领域的顶尖智慧，为我国电化学学科在“十五五”期间的高质量发展进行布局谋篇，对服务国家重大战略需求、提升我国电化学研究的国际竞争力具有重要意义。本文将聚焦这次战略研讨会对我国未来五年（2026-2030）电化学学科发展提出的战略需求及优先领域，由来自界面电催化、储能界面电化学、生物电化学、氢能电化学、电化学微/纳制造、电化学工况表征、电-热耦合催化、理论与计算电化学发展战略、电化学合成等9个研究方向40多位国内电化学领域领军专家，系统梳理了我国电化学基础研究与应用基础研究的发展现状，深入剖析电化学学科发展面临的核心问题与关键挑战，并结合国家重大战略需求提出未来5-10年电化学学科的前沿领域和发展趋势，进一步推动学术界形成更清晰的共识。本文所凝练的电化学学科“十五五”发展规划战略及优先领域建议，将为推动电化学学科高质量发展、支撑科技强国建设提供重要参考。
开发经济高效的氧还原反应（ORR）催化剂是一项重大挑战，尤其是在寻找铂等贵金属替代材料的研究中。近年来的显著进展推动电化学研究者利用储量丰富的材料开发高效ORR催化剂，其中铁（Fe）基材料因其优异的ORR催化性能而备受关注。尽管学界已认识到Fe在提升ORR催化活性中的关键作用，但材料属性与催化性能之间的关联仍尚不明确。对于设计无贵金属ORR电催化剂而言，理解氧电催化过程中的动态变化至关重要。穆斯堡尔谱（Mössbauer spectroscopy）在解析催化体系中Fe物种的结构特征方面具有独特优势，能够助力识别活性位点、阐明催化机理。本文通过综述领域内的典型研究案例，阐明了原位/工况57Fe 穆斯堡尔谱在各类铁基 ORR 催化材料中的应用，重点揭示了ORR催化的多个核心方面（如活性位点识别、稳定性评估、反应机理理解）。此外，本文还探讨了穆斯堡尔谱技术在该研究领域中的应用机遇与挑战，旨在揭示这一关键研究方向的潜在突破点与改进方向。
开发兼具低成本与高稳定性的电解水析氢（HER）、氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）等多功能电催化剂，可以显著提升电解水析氢及可充电锌空气电池（ZABs）的能量转换效率。具有明确晶面的多面体纳米晶是一类典型的模型催化剂，可为构效关系研究提供理想平台。然而，由于多种金属间存在复杂的氧化还原电位与混合焓差异，制备多组元合金纳米晶仍极具挑战性。本文采用快速微波辅助还原法成功合成出多种具有核壳结构的八面体Pd@PdPtCu、 Pd@PdPtCuNi、 Pd@PdPtCuCo、 Pd@PdPtCuZn及八面体及凹面截角八面体 Pd@PdPtCuFe纳米晶。由于钯前驱体具有极快的还原与成核速率，反应优先形成钯内核；其余金属前驱体随后同步还原并高效扩散，最终形成PdPtCu或PdPtCuM（M = Ni、Co、Fe、Zn）合金壳层。铁元素诱导晶体形貌从八面体向凹面截角八面体演变。得益于多金属组分间的协同电子耦合效应，以及应变调控的表面构型，Pd@PdPtCuFe/C表现出优异的多功能电催化性能：在10 mA·cm⁻2电流密度下，HER过电位仅为18 mV，塔菲尔斜率为27 mV·dec-1；OER过电位为360 mV，塔菲尔斜率为75.9 mV·dec⁻1，与商业催化剂IrO2相当。所有催化剂均展现出一定的ORR活性，其中Pd@PdPtCuFe/C在碱性电解液中的ORR半波电位为0.792 V。其作为锌空气电池阴极催化剂时，实现了81.2 mW·cm⁻2的峰值功率密度，并可稳定循环超过50小时。本工作为多金属纳米晶的超快形貌可控合成提供了一种普适性策略，为高性能合金催化剂的理性设计奠定了基础。
分子催化剂凭借其结构明确、易于调控的优势，为电催化反应机理研究提供了理想平台。然而，当前研究主要集中于中心金属或外围配体的调控作用，空间构型对分子催化剂性能的影响仍缺乏系统探索。基于此，本文合成了两种具有相似配位环境但空间构型不同的钴基配合物——平面型六氮杂大环钴配合物（CoHAM）与非平面型不成环钴配合物Co(phen)2Cl2，并系统考察了二者在电催化二氧化碳还原反应中的特征行为。结果发现，平面型CoHAM的二氧化碳还原性能显著优于非平面型Co(phen)2Cl2。为了理解性能差异的根源，进一步结合原位紫外可见光谱、高分辨质谱以及拉曼光谱技术，揭示出二者催化二氧化碳还原中不同的关键中间体与反应路径。这些发现指明分子催化剂空间构型对电催化性能的关键影响，亦为高效二氧化碳还原催化剂的理性设计提供了新思路。
混合离子导体能够同时传导多种离子，为探究单一相中混合离子传输对离子电导调控机制提供了重要支持。然而，多种可迁移离子在固态电解质中的可控引入及其在晶体骨架内的迁移机理仍面临挑战。本文采用一种骨架保持的Li+↔Na+阳离子交换策略，在NASICON型Li3-xNaxZr2Si2PO12 (0 < x < 3)的骨架中同时引入Li+和Na+。研究表明，NaO6和NaO8配位多面体的相互贯通对混合离子导体的离子电导率具有显著影响。计算分析显示，Na+更倾向于从八面体配位的NaO6位点迁移至八配位的NaO8位点，同时伴随Li+从NaO8位点向原NaO6位点处的四面体LiO4环境迁移，从而促进Li+/Na+位点分离。随着Na+在NaO8位点占据比例的增加，瓶颈效应限制了Na+的迁移，同时阻碍了连续Li+迁移网络的形成，导致离子电导率由1.78 mS·cm-1降低至0.50 mS·cm-1。经再次离子交换后，NaO8环境中的Na+被Li+所取代，形成五配位的LiO5，从而重建Li+的渗透传输通道，实现体电导的可逆恢复。该研究揭示了基于Li+与Na+在可用位点间分散占据的快速双离子传导机制，为进一步发展固态混合离子导体开辟了新途径。
随着人们对低成本且高效率的可再生能源解决方案需求的不断增长，混合能源系统面临重大优化挑战。为此，本文通过对比分析三种先进优化算法——莱维飞行优化、阿基米德优化和量子黑猩猩优化——来实现混合可再生能源系统的总净现值成本和平准化能源成本最小化。在高级优化框架中整合了如资本支出、运营支出、更换成本和残值等关键成本参数，评估了风力涡轮机/燃料电池组合、光伏系统/燃料电池组合，以及光伏/风力涡轮机/燃料电池组合系统三种系统配置，并在不同可用性水平（100%、96%和92%）下进行分析比较。结果表明，在96%可用性水平下，莱维飞行优化算法实现了风力涡轮机/燃料电池系统总净现值成本最小值（＄0.051），显著优于量子黑猩猩优化算法（＄0.719）。本研究结果强调了选择合适优化策略的重要性，以达到在成本、性能和系统可靠性之间取得平衡。本研究为设计高效且经济可行的可再生能源系统提供了宝贵的见解，特别适用于需要持续高能量输出的应用，例如基于单晶硅和多晶硅光伏系统的配置。
连续流反应器可实现锂介导氮还原反应（Li-NRR）在常温常压下的连续运行，为替代哈伯-博施工艺提供了潜在方案。然而，该体系对电解液中痕量水分高度敏感，水含量的微小波动即会显著改变界面化学过程并影响反应性能。本研究系统考察了电解液初始水含量对连续流Li-NRR性能的影响机制。结果显示，过高的水含量会促进固体电解质界面层（SEI）增厚，阻碍氮气传质与锂离子传导，导致法拉第效率由61%骤降至3%。该机理认识揭示了痕量水在SEI演化中的关键调控作用，强调了精确控水对高效连续流Li-NRR的必要性。
孔间距为几百纳米的阳极氧化铝多孔膜因其与可见光和近红外光的独特相互作用以及高达1500 °C的高热稳定性而备受关注。这些多孔膜是在弱酸中以高电压对铝进行阳极氧化制备的，这导致多孔结构形成的初始阶段动力学较慢。在此，我们提出了一种在基于弱酸（如磷酸）的电解质中加速阳极氧化铝形成的方法。使用铝箔作为基材，铝箔在不同条件下通过第一次阳极氧化预先形成图案，然后选择性溶解牺牲阳极氧化铝层。铝表面的形貌，包括表面粗糙度和金字塔尖峰的高度，在第二次阳极氧化过程中的孔成核和重排过程中起着至关重要的作用。具体而言，通过在低电压（如25 V）下强酸电解液（如0.3 mol·L-1硫酸）中进行首次阳极氧化，可以使在磷酸中进行第二次阳极氧化时孔隙成核和随后达到稳态的速度加倍。因此，如果在第一次阳极氧化过程中使用强酸电解液对铝表面进行预图案化，则在磷酸中的两步阳极氧化过程中可以节省约2小时。
