這是一篇2017年發表于science的材料設計綜述。插圖中為我們展示了未來能源的利用路徑。未來我們將太陽能、風能、水力發電、火力發電以電網形式一路輸送至電力運輸系統，另一路用于電化學氮還原合成氨、二氧化碳還原制備碳氫化合物、電解水制備氫能。其中氨可用于農業，碳氫化合物用于化學品，氫氣用于燃料電池。

因此，我們電催化領域重點關注氫燃料電池陽極的氫氧化（HOR）、陰極的氧還原(ORR)，電解水制氫陽極的氧析出(OER)、陰極的氫析出(HER)，碳循環中陰極的二氧化碳還原(CO2RR)，氮循環中陰極的氮還原(NRR)，產業化研究中可能要關注它們的氧化還原全反應。

其實電化學應用的范圍十分廣泛。在《電化學原理與應用》第一頁中，描述了電化學“可用于不同現象、各類器件、各種電池和各種技術等不同領域”。

我們初中學習過電解水裝置，它基本由陰極電極、陽極電極（兩電極體系）、電解液、電化學池（燒杯、量筒）組成。電化學發展到現在，已經有三電極、四電極甚至五電極體系了。右圖就是一個三電極體系示意圖，分別由電化學工作站、電解池、工作電極（WE）、參比電極(RE)、對電極(CE)、液態電解液等組成。

三電極體系的工作電極是我們主要的研究對象，當我們研究還原反應時，它就作為陰極，當我們研究氧化反應時，它可以當陽極。

對電極一般由石墨或鉑金組成，與工作電極形成回路，組成氧化還原反應對。

參比電極在三電極體系中充當基準角色，幫助電化學工作站準確定位工作電極和對電極上的電位差。參比電極常見有飽和甘汞電極，適用于酸性、中性電解液；銀/氯化銀電極，適用于中性，短期可用于酸性。

它們具體的電極電勢與保護液的濃度相關，大家可與廠商詢問參考值或自己做矯正實驗得出。