1.3　電化學研究領域的發展

電化學發展非常迅速，不斷與其他科學前沿領域相結合，形成了眾多新的分支，如：熔鹽電化學、有機電化學、生物電化學、環境電化學、光電化學、界面電化學、超聲電化學、催化電化學、高溫電化學、低溫電化學、凝固相和固相電化學、氣相電化學、譜學電化學、化學修飾電極電化學、量子電化學等。這些分支都有各自的研究領域，但又都建立在電化學基礎理論之上。下面簡要介紹幾個新的研究領域。

（1）光電化學。20世紀70年代以來，人們開始研究光照下半導體電極的電化學行為，并逐漸發展出一門新學科——光電化學。光電化學研究的核心是如何高效率地將太陽能轉換為電能或化學能。如采用染料敏化納米晶TiO₂光陽極已經取得了10%的光電轉換效率。光電化學在光伏電池、光電合成、光解水制氫、光電傳感器、光電顯色材料、信息存貯材料及醫用殺菌消毒等方面展示出廣闊的應用前景。

（2）生物電化學。生物電化學是在分子水平上研究生物體系荷電粒子運動過程所產生的電化學現象的科學。生命現象的許多過程都與電化學現象有關，如生物體內的細胞膜起著電化學電極的作用，植物的光合作用和動物對食物的消化作用實質上都是按照電化學機理進行的。已經開展的研究包括生物界面電勢差、生物分子電化學、生物電催化、光合作用、活組織電化學、電化學生物傳感器等。應用電化學方法研究生物體系的電子傳遞及相關過程，是揭示生命本質的較好途徑。

（3）納米電化學。隨著納米科學和技術的不斷發展，人們目前已能夠借助電化學掃描探針和電化學掃描隧道顯微技術實現在微區內現場監控與電化學過程有關的表面現象，如金屬腐蝕、電化學沉積、分子離子吸附及組裝等過程。此外，已經能夠通過分子設計制備出簡單的分子機械，并通過控制電勢實現對分子機械的操控；還可利用特殊分子的電化學性質，設計分子開關、分子二極管等器件，實現分子器件的電化學操控。另外，納米材料傳感器體積小、速度快、精度高、可靠性好，由于納米材料的量子尺寸效應和表面效應，把傳感器的性能提高到了新的水平。

（4）化學修飾電極與電化學傳感器。化學修飾電極是通過物理的、化學的手段，在電極表面接上一層化學基團，建立某種微結構，以賦予電極特定的功能，從而有選擇地進行所期望的反應，在分子水平上實現了電極功能設計。如金屬卟啉類、酞菁類化學修飾電極，C₆₀、碳納米管修飾電極等。修飾后的電極可以實現對特定分子、離子的高選擇性檢測。目前利用化學修飾電極，人們已經制備出多種電化學傳感器，可以對大多數的無機離子、部分有機分子和生物活性分子進行識別。例如以葡萄糖氧化酶修飾電極為基礎的葡萄糖傳感器已經開始試用于糖尿病的檢測和治療監控中。

（5）超聲電化學。超聲電化學利用超聲能量來控制電化學反應，是聲學與電化學相互交叉而發展起來的一門新興前沿學科。它將超聲輻照與電化學方法相結合，兼有兩者的優點。它可以通過控制電流密度、反應溫度、超聲頻率及功率等各種參數達到控制納米材料的尺寸和形狀的目的。在最近的幾十年里，已經發展成為了包括超聲電解電鍍、超聲高分子膜電沉積、超聲電有機合成、超聲電化學氧化、超聲電化學共聚合及最近比較熱門的超聲電化學發光和超聲伏安法等多種技術的一種較完善的學科。

（6）有機電化學。有機電化學是有機化學與電化學之間的一門邊緣科學。主要包括有機化合物的電合成、有機高分子材料的電聚合、有機導電聚合物（具有電子導電性的有機聚合物，如聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等）、有機電池（電池正負極均為有機聚合物的電池）等。化工生產是主要環境污染源之一，而有機化合物的電合成是把電子作為“試劑”來合成有機化合物的方法，反應潔凈、產品純度高，是“綠色化學”和“綠色合成”的一種，在很大程度上從工藝本身消除污染，保護了環境。

（7）譜學電化學。譜學電化學是人們將光譜技術引入電化學領域的產物，它不僅具有電化學的傳統優勢，而且還結合了光譜實驗技術的靈敏度高、檢測速度快、對體系擾動小、可現場實時檢測等優點。比如利用紅外光譜和拉曼光譜電化學技術，可以研究電極表面分子的吸附狀態隨電極電勢的變化情況，可以在分子水平系統地研究電化學反應的進行過程。電化學表面等離子體共振譜可以提供精確的表面厚度和介電常數信息。電化學橢圓偏振光譜也能夠現場觀察不同電化學條件下電極表面膜層的形成和發展過程。

總之，電化學應用領域廣闊，發展空間巨大。可以期望，隨著科學技術的蓬勃發展，還會有許多新領域用到電化學技術，電化學科學將會有更大的發展，為人類帶來更多的便利。