帶電固液界面（ESLI，Electrified Solid-Liquid Interface）在許多電化學過程中扮演著重要的角色，這些過程包括能源轉化、生物反應。舉例來說，在鋰電池的充放電過程中，電子在電極和電解液之間的傳輸就是透過這種界面進行的；再比如在光合作用中，植物細胞內的電子傳遞鏈同樣涉及這種界面。然而，該界面中的電子和質量傳輸會導致界面結構發生變化，進而影響反應機制和產物選擇性。特別是在銅催化的二氧化碳還原反應（CO₂ER，CO₂ electroreduction reactions）中，電催化劑表面發生的重構（restruction）對於反應的效率和產物的選擇性有重大影響，比如催化速率在數小時內迅速下降、過電位高、副產物增加。要克服這些問題，就必須更深入地研究催化劑如何在原子層面上發揮作用。然而，由於固液界面通常埋藏在液體電解質中，現有技術難以在液體環境中進行高解析度成像，這使得觀察界面下的原子動態過程非常困難。如果科學家能開發新的技術來克服這項挑戰，我們將能更深入理解原子層面的電化學反應，然後對它進行最佳化。
 
近日，美國加州大學柏克萊分校的研究團隊，開發了一種先進的聚合物電化學液體電池（PLCs，Polymer Electrochemical Liquid Cells），它結合了穿透式電子顯微鏡（TEM），以便在電化學過程中實時觀測ESLI的原子動力學。研究人員發現，在銅催化的二氧化碳還原反應中，銅催化劑表面會出現一種波動的液態非晶態（amorphous）界面，該界面在電化銅表面（electrified Cu surface）進行了可逆的晶態-非晶態結構轉變（一旦電流停止流經電池，非晶態界面就會恢復到晶態界面），並且會在銅表面上流動，從而引發銅表面的重構和質量損失（mass loss）。研究人員發現，銅表面的重構，其實是混進了氫原子、乙烯與銅發生反應的物質。這些發現不僅為理解其他電催化系統中的原子動力學提供了新視角，也為未來開發更高效的電催化劑提供了理論基礎。