電催化原位池是一種專為在真實(shí)電化學(xué)反應(yīng)條件下實(shí)時觀測催化劑結(jié)構(gòu)演變、反應(yīng)中間體及界面過程而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置，廣泛應(yīng)用于析氫（HER）、析氧（OER）、氧還原（ORR）、CO?還原（CO2RR）等電催化反應(yīng)機(jī)理研究。其核心價值在于實(shí)現(xiàn)“原位”（in situ）或“工況下”（operando）表征，突破傳統(tǒng)離線分析無法捕捉動態(tài)過程的局限。

　　該裝置通常由工作電極（負(fù)載催化劑）、對電極、參比電極、密封腔體、電解液進(jìn)出口、氣體供給系統(tǒng)及光學(xué)或射線穿透窗口組成。

　　電催化原位池其應(yīng)用范圍廣泛且深入，主要體現(xiàn)在以下幾個關(guān)鍵領(lǐng)域：

　　一、能源轉(zhuǎn)化與存儲

　　1、二氧化碳電催化還原（CO?RR）

　　原位池通過構(gòu)建氣-液-固三相界面，實(shí)現(xiàn)CO?的高效還原。例如，利用CO?飽和的全液相陰極液對流流經(jīng)多孔電極，可原位生成CO?(g)-液體-催化劑三相界面，顯著降低傳質(zhì)邊界層厚度，提升碳源、電子、質(zhì)子和產(chǎn)物的傳遞效率。這種設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了超高產(chǎn)物收率（如CO產(chǎn)率可達(dá)90.6±4.0 L/h），還成功拓展到銅基陰極，高效合成C??產(chǎn)物（如乙烯、乙醇等），為CO?的資源化利用提供了新途徑。

　　2、水分解反應(yīng)（HER/OER）

　　在電解水制氫過程中，原位池可實(shí)時監(jiān)測氫析出反應(yīng)（HER）和氧析出反應(yīng)（OER）的中間體生成與消耗，揭示反應(yīng)機(jī)理。例如，通過原位紅外光譜技術(shù)，可追蹤析氧反應(yīng)中鈣鈦礦結(jié)構(gòu)重構(gòu)過程，為設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的析氧催化劑提供理論依據(jù)。

　　3、氮還原反應(yīng)（NRR）

　　原位池在氮?dú)怆娺€原合成氨（NH?）領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大潛力。通過原位質(zhì)譜技術(shù)，可高靈敏度檢測反應(yīng)過程中產(chǎn)生的NO、N?O、NH?OH、NH?和N?等中間產(chǎn)物或最終產(chǎn)物，為理解氮還原反應(yīng)路徑和優(yōu)化催化劑性能提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

　　二、電池材料研究

　　1、鋰離子電池

　　原位池可原位分析鋰離子電池在充放電過程中產(chǎn)生或消耗的微量氣體，如正極材料s次充電時的O?析出、電解液分解氣體析出等。這種實(shí)時監(jiān)測能力有助于揭示電池失效機(jī)理，指導(dǎo)材料篩選和電解液優(yōu)化。

　　2、鈉離子電池、金屬空氣電池等

　　類似地，原位池也可應(yīng)用于鈉離子電池、金屬空氣電池等儲能器件的研究中，通過原位檢測氣體生成或消耗情況，評估電池性能和穩(wěn)定性。

　　三、電催化反應(yīng)機(jī)理研究

　　1、多電催化反應(yīng)體系

　　原位池在MOR（甲醇氧化反應(yīng)）、EOR（乙醇氧化反應(yīng)）、CO?RR、HER、OER、ORR（氧還原反應(yīng)）、NRR（氮還原反應(yīng)）等多種電催化反應(yīng)中均有廣泛應(yīng)用。通過原位光譜技術(shù)（如紅外、拉曼光譜），可實(shí)時監(jiān)測反應(yīng)中間體的生成與轉(zhuǎn)化，揭示反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)參數(shù)。

　　2、光催化、光電催化聯(lián)合研究

　　原位池還可與光催化、光電催化技術(shù)相結(jié)合，研究光-電協(xié)同催化反應(yīng)機(jī)理。例如，在光催化CO?還原反應(yīng)中，通過原位池可實(shí)時監(jiān)測光生載流子的遷移和反應(yīng)中間體的生成情況，為優(yōu)化光催化劑性能提供理論依據(jù)。

　　四、環(huán)境治理與資源回收

　　1、有機(jī)污水處理

　　原位池可用于有機(jī)廢水的電催化降解研究。通過實(shí)時監(jiān)測降解過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物，可評估降解效率和機(jī)理，指導(dǎo)催化劑設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化。

　　2、煙道氣及原料煤的電解脫硫

　　在煙道氣脫硫和原料煤電解脫硫過程中，原位池可實(shí)時監(jiān)測硫氧化物的生成與轉(zhuǎn)化情況，為脫硫工藝的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

　　3、含鉻廢水的電催化降解

　　針對含鉻廢水等重金屬污染問題，原位池可研究電催化降解過程中鉻的價態(tài)變化和去除機(jī)理，為開發(fā)高效穩(wěn)定的電催化降解技術(shù)提供理論依據(jù)。