Acc. Chem. Res.综述：多层电极的电化学：从基础到能源应用
Nanoyu
对环境的日益关注增加了对清洁能源的需求，并且已经开发出各种技术来利用可再生能源。随着高效的能量转换和存储系统的发展，对电极电化学的基础研究至关重要，大多数这些系统的功能都依赖于发生在电极表面的界面电化学反应。在这种情况下，基于有效的电极设计策略来研究特定的电化学原理和电极表面上的界面反应机理具有重要意义。与其他电极制造方法相比，逐层（LbL）组装是一种简单，廉价且用途广泛的过程，用于由多种材料生产高度有序的多层薄膜电极。基于LbL组装对电极的组成和结构的纳米级控制，与通过其他制造方法制造的电极相比，LbL组装的多层电极表现出独特的电化学性能。LbL组件可以从多种电活性成分生成独特的纳米结构，以研究电极内的详细电化学机理，从而可以研究电极内与内部结构有关的电化学性质。在过去的10年中，随着电化学LbL研究的不断发展，Byeong-Su Kim研究团队对通过LbL组件制造的多层电极的基本电化学性能进行了开创性研究，以用于各种能源应用。
有鉴于此，韩国延世大学Byeong-Su Kim 通过结合材料工程和电化学的新见解，阐明了LbL组装的多层薄膜电极的基本原理和应用。
文章要点
1）与其他电极制造方法相比，由于纳米级结构可控的LbL组件具有多功能性，因此可以通过将薄层电极的厚度从2D超薄膜增加到3D厚度来实现从表面限制工艺到扩散控制工艺的转变多孔膜。另外，只需更改层顺序的顺序即可简单地实现精确控制的内部架构，从而验证了在传质控制下3D多层电极中扩散的效果。
2）在电催化反应由多个步骤组成的情况下，重要的是考虑步骤的顺序以实现高催化性能。反应的第一步在电解质附近的外层上发生是有利的，这导致在内层发生的向第二步的传质增强。另外，通过调制界面偶极子和离子渗透性，控制LbL薄膜的内部电荷密度会显著影响整体性能。
3）尽管仍然需要对LbL电极进行特定的动力学分析来确定影响电化学参数的因素，例如电荷转移控制下的动电流和速率常数，但LbL方法将成为一种有吸引力的电化学平台，可通过量身定制的方法研究基础电化学多种杂化纳米复合材料的设计和制造功能以及未来的能源应用。
Minsu Gu, Byeong-Su Kim, Electrochemistry of Multilayer Electrodes: From the Basics to Energy Applications, Acc. Chem. Res., 2020
DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00524
https://dx.doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00524