電化學氣體析出反應(GERs)在儲能和化工生產中發揮著重要的作用，如水分解和氯堿工業。對于一個典型的氣體析出過程，產生的氣體產物首先在電極表面缺陷上形成納米氣泡(NBs)，然后增大(通常為>20 μm)到浮力將它們從電極上剝離。

然而，在GERs過程中形成的界面氣泡會阻礙電解質與電極表面的有效接觸，從而阻礙傳質，降低系統的電導率，導致能量效率的降低。因此，有必要對界面NBs生長進行研究，以實現對高效催化劑的合理設計。

基于此，北京化工大學孫曉明、李暉和羅亮等采用對介電場變化極為敏感的表面等離子體共振成像(SPRi)技術，以析氫反應(HER)為模型研究了界面NBs的形成和生長。

在GER條件下，研究人員揭示了在反應條件下界面NBs形成的情況：1.界面NBs在電極表面的疏氣位點上很容易成核，而NBs的進一步生長需要更高的外加偏壓；2.NBs的生長表現為CCD模式，三相接觸線被表面不均一性固定。

界面NBs的“尖頭上升”演化導致了更小的曲率半徑、更高的Laplace內部壓力和更高的氣體化學勢，這給GER帶來了額外的過電勢η_NB。并且，與NBs的生長相比，新氣泡在親水表面的成核難度更大，因此在不同過電位下，NBs的表面覆蓋幾乎保持不變。

此外，當施加的電位超過NBs的臨界輪廓值(CA或r)時，NBs就會發生脫層，導致氣體壓力突然下降，隨后NBs迅速膨脹為大氣泡。基于原位SPRi和電流測量數據，研究人員提出了一個氣泡模型來建立NB生長和電解電流之間的定量關系，優于傳統的Tafel電流模型。

總的來說，該項研究不僅為追蹤界面NBs的實時增長提供了一種很有前途的方法，而且揭示了NBs在確定反應過程中效率和額外過電位方面的關鍵作用，為電化學反應氣體的電極設計提供了指導。

Interfacial Nanobubbles’ Growth at the Initial Stage of Electrocatalytic Hydrogen Evolution. Energy & Environmental Science, 2023. DOI: 10.1039/D2EE04143J