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中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·電化學(xué)

包郵 中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·電化學(xué)

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2021-07-01
開本： B5 頁(yè)數(shù)： 416
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中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·電化學(xué) 版權(quán)信息

中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·電化學(xué) 內(nèi)容簡(jiǎn)介

電化學(xué)學(xué)科作為一門橫跨基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)的重要學(xué)科，應(yīng)用領(lǐng)域涉及國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中的重要行業(yè)，呈現(xiàn)多領(lǐng)域跨學(xué)科交叉的獨(dú)特風(fēng)格。《中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·電化學(xué)》一書通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外電化學(xué)學(xué)科現(xiàn)狀，梳理分析學(xué)科發(fā)展的總體態(tài)勢(shì)和一般規(guī)律，凝練了電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和瓶頸技術(shù)難題，內(nèi)容涵蓋我國(guó)電化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)研究前沿、工程應(yīng)用技術(shù)發(fā)展和人力資源規(guī)劃等多方面的戰(zhàn)略發(fā)展研究，為我國(guó)電化學(xué)學(xué)科的持續(xù)、協(xié)調(diào)、健康發(fā)展提出有針對(duì)性的政策建議。

中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·電化學(xué) 目錄

目錄
總序i
前言vii
摘要xi
Abstractxix
**章電化學(xué)學(xué)科概述1
**節(jié)電化學(xué)學(xué)科的內(nèi)涵與戰(zhàn)略地位1
第二節(jié)電化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)狀6
第三節(jié)電化學(xué)學(xué)科相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和瓶頸技術(shù)分析13
第四節(jié)未來(lái)10年電化學(xué)學(xué)科重點(diǎn)發(fā)展的研究方向21
第二章電化學(xué)基礎(chǔ)理論和研究方法發(fā)展戰(zhàn)略研究27
**節(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析27
第二節(jié)國(guó)際合作與交流分析60
第三節(jié)發(fā)展趨勢(shì)分析61
第四節(jié)存在的主要問(wèn)題與解決思路66
第五節(jié)重點(diǎn)發(fā)展方向建議71
第六節(jié)總體戰(zhàn)略布局建議74
第七節(jié)發(fā)展機(jī)制與政策建議76
本章參考文獻(xiàn)76
第三章電化學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究82
**節(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析83
第二節(jié)國(guó)際合作與交流分析92
第三節(jié)發(fā)展趨勢(shì)分析94
第四節(jié)存在的主要問(wèn)題與解決思路101
第五節(jié)重點(diǎn)發(fā)展方向建議114
第六節(jié)總體戰(zhàn)略布局建議117
第七節(jié)發(fā)展機(jī)制與政策建議118
本章參考文獻(xiàn)120
第四章電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存科學(xué)與技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究124
**節(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析125
第二節(jié)國(guó)際合作與交流分析144
第三節(jié)發(fā)展趨勢(shì)分析145
第四節(jié)存在的主要問(wèn)題與解決思路148
第五節(jié)重點(diǎn)發(fā)展方向建議158
第六節(jié)總體戰(zhàn)略布局建議163
第七節(jié)發(fā)展機(jī)制與政策建議166
本章參考文獻(xiàn)168
第五章電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換科學(xué)與技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究172
**節(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析173
第二節(jié)國(guó)際合作與交流分析199
第三節(jié)發(fā)展趨勢(shì)分析201
第四節(jié)存在的主要問(wèn)題與解決思路209
第五節(jié)重點(diǎn)發(fā)展方向建議217
第六節(jié)總體戰(zhàn)略布局建議220
第七節(jié)發(fā)展機(jī)制與政策建議221
本章參考文獻(xiàn)222
第六章電化學(xué)分析和生物科學(xué)與技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究227
**節(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析228
第二節(jié)國(guó)際合作與交流分析268
第三節(jié)發(fā)展趨勢(shì)分析272
第四節(jié)存在的問(wèn)題與主要解決思路275
第五節(jié)重點(diǎn)發(fā)展方向建議281
第六節(jié)總體戰(zhàn)略布局建議285
第七節(jié)發(fā)展機(jī)制與政策建議286
本章參考文獻(xiàn)288
第七章電化學(xué)工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究307
**節(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析307
第二節(jié)國(guó)際合作與交流分析318
第三節(jié)發(fā)展趨勢(shì)分析318
第四節(jié)存在的主要問(wèn)題與解決思路326
第五節(jié)重點(diǎn)發(fā)展方向建議339
第六節(jié)總體戰(zhàn)略布局建議357
第七節(jié)發(fā)展機(jī)制與政策建議359
本章參考文獻(xiàn)363
第八章電化學(xué)人力資源發(fā)展戰(zhàn)略研究364
**節(jié)電化學(xué)人力資源現(xiàn)狀365
第二節(jié)電化學(xué)人才培養(yǎng)建議370
關(guān)鍵詞索引372
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中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·電化學(xué) 節(jié)選

**章電化學(xué)學(xué)科概述 **節(jié)電化學(xué)學(xué)科的內(nèi)涵與戰(zhàn)略地位 一、電化學(xué)學(xué)科的內(nèi)涵 電化學(xué)是研究電能與化學(xué)能和電能與物質(zhì)之間相互轉(zhuǎn)換及其規(guī)律的學(xué)科。電化學(xué)的起源可以追溯到兩位意大利科學(xué)家——路易吉 加爾瓦尼（Luigi Galvani，1737—1798）和亞歷山德羅 伏打（Alessandro Volta，1745—1827），他們分別于 1780年發(fā)現(xiàn)“生物電”現(xiàn)象和 1800年發(fā)明世界上首個(gè)可連續(xù)供電的化學(xué)電源“伏打電堆”（voltaic pile）。作為一門涉及氧化還原化學(xué)反應(yīng)、具有廣泛應(yīng)用的學(xué)科，兩百多年來(lái)，電化學(xué)學(xué)科為推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展和世界文明進(jìn)步做出了重要貢獻(xiàn)。電化學(xué)*初被描述為“是化學(xué)的一部分，是研究物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)與電的關(guān)系的科學(xué)”，后又被定義為“電化學(xué)就是研究帶電界面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學(xué)”。經(jīng)典電化學(xué)的主要理論支柱是電化學(xué)熱力學(xué)、界面雙電層模型和電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)。電化學(xué)熱力學(xué)適用于平衡電化學(xué)體系，電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)適用于非平衡電化學(xué)體系，雙電層則為二者變化的橋梁。現(xiàn)代電化學(xué)又將統(tǒng)計(jì)力學(xué)和量子力學(xué)引入電化學(xué)的理論體系，開辟了在微觀水平研究電化學(xué)的新領(lǐng)域。 電化學(xué)*早的研究對(duì)象是電池、電解、電鍍過(guò)程，所以*初把電化學(xué)看作是研究電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)換的科學(xué)。但隨著研究的深入，出現(xiàn)了電滲析、電泳涂裝、化學(xué)鍍、電化學(xué)腐蝕、電化學(xué)合成等新的研究對(duì)象，電化學(xué)的定義拓展為研究電子導(dǎo)體與離子導(dǎo)體形成的帶電界面性質(zhì)及其上所發(fā)生變化的科學(xué)。近年來(lái)，隨著電化學(xué)理論的發(fā)展及其與各學(xué)科領(lǐng)域的交叉，出現(xiàn)了量子電化學(xué)、光電化學(xué)、固態(tài)電化學(xué)、納米電化學(xué)、能源電化學(xué)、綠色合成電化學(xué)等許多新的研究領(lǐng)域，研究方法和理論模型開始深入到分子水平，建立和發(fā)展了在分子水平上檢測(cè)電化學(xué)界面的電化學(xué)原位譜學(xué)技術(shù)。可以說(shuō)，電化學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為控制離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體、半導(dǎo)體、量子半導(dǎo)體、介電體的本體及界面間荷電粒子狀態(tài)與傳輸?shù)目茖W(xué)。電化學(xué)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)也成為表界面、能源、環(huán)境以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重要研究方法。 二、電化學(xué)學(xué)科在國(guó)家總體學(xué)科發(fā)展布局中的地位 電化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要組成部分。隨著對(duì)電化學(xué)的重新認(rèn)識(shí)和不斷發(fā)展，電化學(xué)在多個(gè)學(xué)科之間占有重要地位，并作為不同領(lǐng)域?qū)＜彝f(xié)作研究開創(chuàng)的多領(lǐng)域跨學(xué)科科學(xué)而展現(xiàn)出獨(dú)特風(fēng)格。傳統(tǒng)上把電化學(xué)歸屬于物理化學(xué)的一個(gè)分支。當(dāng)前，電化學(xué)不僅與無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和化學(xué)工程等學(xué)科密切相關(guān)，還滲透到環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)、生物科學(xué)和現(xiàn)代工業(yè)等領(lǐng)域。電化學(xué)逐漸發(fā)展成為橫跨基礎(chǔ)科學(xué)（理學(xué)）和應(yīng)用科學(xué)（工程、技術(shù)）兩大領(lǐng)域的重要學(xué)科。 三、電化學(xué)學(xué)科在推動(dòng)其他學(xué)科和相關(guān)技術(shù)發(fā)展中的作用 電化學(xué)學(xué)科的發(fā)展非常迅速，與其他學(xué)科的聯(lián)系越來(lái)越緊密，并不斷與各學(xué)科前沿領(lǐng)域相結(jié)合，形成了眾多交叉學(xué)科分支，如熔鹽電化學(xué)、有機(jī)電化學(xué)、生物電化學(xué)、光電化學(xué)、界面電化學(xué)、固態(tài)電化學(xué)、腐蝕電化學(xué)、催化電化學(xué)、電分析化學(xué)、化學(xué)修飾電極、超微電極電化學(xué)、量子電化學(xué)、納米電化學(xué)、譜學(xué)電化學(xué)等。這些分支學(xué)科都有各自的研究領(lǐng)域，但又都建立在電化學(xué)基礎(chǔ)理論之上。 （一）經(jīng)典應(yīng)用領(lǐng)域 隨著科技的進(jìn)步，電化學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，已廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫(yī)學(xué)、材料、能源、環(huán)保等各工程技術(shù)領(lǐng)域中。主要的經(jīng)典應(yīng)用領(lǐng)域包括如下幾個(gè)方面。 1. 化學(xué)電源 化學(xué)電源含原電池、蓄電池及燃料電池，如鋅錳電池、鉛蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池、金屬鋰及鋰離子電池、空氣電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、固體氧化物燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、直接醇燃料電池等。化學(xué)電源是電化學(xué)研究的核心內(nèi)容之一，主要涉及電化學(xué)的能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換，不僅可以是一種大規(guī)模能源的提供裝置，同時(shí)也是易于攜帶的能源系統(tǒng)，因此在電氣、信息、運(yùn)輸、通信、電力、航空航天、軍事等與日常生活密切相關(guān)領(lǐng)域和國(guó)防領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，尤其在自移動(dòng)信息系統(tǒng)、綠色能源交通工具及可再生能源利用方面起到關(guān)鍵作用。 2. 表面處理及精飾 表面處理及精飾包括各種電鍍、化學(xué)鍍、陽(yáng)極氧化、電泳涂裝、電鑄等。表面處理能為基體提供各種防護(hù)性、裝飾性或功能性涂鍍層，應(yīng)用極其廣泛。電鍍可分為裝飾 /功能性電鍍（表面防護(hù)、修飾、功能材料等）及電子電鍍，主要用于各種功能性鍍層（導(dǎo)電性鍍層、釬焊性鍍層、信息載體鍍層、電磁屏蔽鍍層等），芯片制造、封裝和集成。在當(dāng)前國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的電子信息產(chǎn)業(yè)微型化過(guò)程中，電子電鍍是芯片制作、微機(jī)電系統(tǒng)等發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)之一。 3. 電化學(xué)合成 電化學(xué)合成包括金屬的電解提取與精煉（如電解精煉提純鋅、銅、銀、金；電解熔融電解質(zhì)制取鋁、鎂、鈣、鋰等輕金屬）、電合成無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物（如氯堿工業(yè)、己二腈電合成，以及高錳酸鉀、三碘甲烷、四乙基鉛的電合成等），為綠色化學(xué)工業(yè)開辟了一個(gè)具有重要價(jià)值的領(lǐng)域。 4. 電解加工 電化學(xué)加工是在高電流密度下，于流動(dòng)的電解液中，以被加工的金屬工件作為陽(yáng)極，利用陽(yáng)極溶解原理進(jìn)行金屬加工的方法。與普通機(jī)械加工相比，此類電解切削、電解研磨等方法特別適合形狀復(fù)雜的零件和硬質(zhì)合金材料的加工。 5. 金屬腐蝕與防護(hù) 金屬腐蝕學(xué)中的大氣腐蝕、海洋腐蝕、土壤腐蝕等都需要用電化學(xué)解釋機(jī)理，由此催生了以金屬腐蝕電極為研究對(duì)象的腐蝕電化學(xué)。金屬腐蝕的方法與電化學(xué)密切相關(guān)，如采用緩蝕劑、防腐涂層、電化學(xué)陰極保護(hù)與陽(yáng)極鈍化等方法進(jìn)行金屬的電化學(xué)保護(hù)以及腐蝕監(jiān)控傳感技術(shù)等。 6. 電分析化學(xué) 電化學(xué)在分析化學(xué)中的應(yīng)用歷史悠久，從早期廣泛應(yīng)用的電導(dǎo)滴定、電位滴定、極譜法、pH計(jì)等發(fā)展到近些年的伏安法、離子選擇電極、傳感器等，大大豐富了儀器分析的內(nèi)容和手段。 （二）代表性的新領(lǐng)域 隨著世界各國(guó)對(duì)能源危機(jī)、環(huán)境保護(hù)與防治、生命起源與規(guī)律探究等新型研究領(lǐng)域的日益關(guān)注，全球經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易、科技實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，電化學(xué)科學(xué)與能源科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)等緊密聯(lián)系，不斷涌現(xiàn)出一些與電化學(xué)交叉的新學(xué)科，發(fā)展出新的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。下面介紹幾個(gè)代表性的新領(lǐng)域。 1. 新能源體系的開發(fā)和利用 利用半導(dǎo)體電極組成的光電化學(xué)電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑驑?gòu)成光解水制氫的光解池，成為太陽(yáng)能利用的途徑之一；可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作的燃料電池在建立小型發(fā)電站和迅速興起的電動(dòng)汽車中的應(yīng)用；電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)在峰谷電價(jià)套利、新能源并網(wǎng)及電力系統(tǒng)輔助服務(wù)領(lǐng)域的不斷推廣。 2. 新型功能材料的電化學(xué)制備 金屬電沉積制備各種表層功能材料（導(dǎo)電鍍層、耐磨鍍層、高溫抗氧化鍍層等）和金屬基復(fù)合材料（如碳纖維增強(qiáng)的鋁基或鎳基復(fù)合材料）；電化學(xué)制備具有獨(dú)特化學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、力學(xué)性能的納米新材料和應(yīng)用于航天工業(yè)的梯度功能材料等。 3. 環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)、處理與防治 采用離子選擇電極或氣體電極制成的傳感器用于痕量污染監(jiān)測(cè)；應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)或廢水處理中的電滲析法、電凝聚法、電氧化、電還原等分離技術(shù)。 4. 生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)密切相關(guān)的生物電化學(xué) 電化學(xué)傳感器在生物學(xué)與醫(yī)學(xué)的科研及診斷方面的應(yīng)用；電化學(xué)技術(shù)和原理在探究生物機(jī)體生長(zhǎng)和恢復(fù)的細(xì)胞過(guò)程機(jī)理中的應(yīng)用。 5. 譜學(xué)電化學(xué) 將光譜技術(shù)引入電化學(xué)領(lǐng)域，在電化學(xué)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上結(jié)合了光譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)的靈敏度高、檢測(cè)速度快、體系擾動(dòng)小、實(shí)時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。例如，利用紅外光譜和拉曼光譜電化學(xué)技術(shù)，研究電極表面分子的吸附狀態(tài)隨電極電勢(shì)的變化情況，在分子水平系統(tǒng)研究電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程；電化學(xué)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(shù)信息；電化學(xué)橢圓偏振光譜能夠現(xiàn)場(chǎng)觀察不同電化學(xué)條件下電極表面膜層的形成和發(fā)展過(guò)程；電化學(xué)原位透射電子顯微鏡實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察電極微觀結(jié)構(gòu)及其變化；等等。 四、電化學(xué)學(xué)科在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的戰(zhàn)略地位 （一）“十二五”期間（2011～2015年） 我國(guó)節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、生物、高端裝備制造、新能源、新材料和新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，電化學(xué)學(xué)科貫穿其中眾多的產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程。其中*具代表性的是，以二次電池、超級(jí)電容器、燃料電池為代表的電化學(xué)能源在新能源和新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要作用，促進(jìn)了電池產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)鏈的完善與快速發(fā)展，帶動(dòng)了一批儲(chǔ)能型電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的逐步形成與發(fā)展。 （二）“十三五”規(guī)劃以來(lái)（2016～2020年） 在未來(lái)世界再生能源與新能源持續(xù)保持強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭以及我國(guó)政府將新材料、新能源、新能源汽車作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)下，電化學(xué)迎來(lái)了更大的發(fā)展機(jī)遇。推動(dòng)新能源汽車、新能源和節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)快速壯大，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展新模式，是“十三五”規(guī)劃確定的重要發(fā)展任務(wù)之一，也是電化學(xué)學(xué)科發(fā)揮能動(dòng)作用的主要領(lǐng)域。 此外，“中國(guó)制造 2025”規(guī)劃的十大領(lǐng)域中，電化學(xué)學(xué)科在新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、航空航天裝備、節(jié)能與新能源汽車、新材料、生物醫(yī)藥等重要領(lǐng)域均具有巨大的應(yīng)用潛能。 第二節(jié)電化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)狀 一、電化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì) 電化學(xué)學(xué)科的發(fā)展歷時(shí)兩個(gè)多世紀(jì)，現(xiàn)在已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)與工業(yè)中不可缺少的部分，是一門歷史悠久又不斷煥發(fā)新生命力的學(xué)科。當(dāng)前，電化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)可以歸納為以下幾個(gè)方面。 （一）電化學(xué)的研究體系和研究對(duì)象不斷拓展 研究電極從局限于汞、固體金屬和碳電極，擴(kuò)大到許多新材料（如氧化物、有機(jī)聚合物導(dǎo)體、半導(dǎo)體、固相嵌入型材料、酶、膜、生物膜等），并以各種分子、離子、基團(tuán)對(duì)電極表面進(jìn)行修飾，對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行嵌入或摻雜；研究介質(zhì)從水溶液介質(zhì)，擴(kuò)大到非水介質(zhì)（有機(jī)溶劑、熔鹽、固體電解質(zhì)等）；研究條件從常溫、常壓擴(kuò)大到高溫、高壓及超臨界狀態(tài)等極端條件。 （二）電化學(xué)與其他學(xué)科的交叉綜合不斷凸顯 電化學(xué)與能源科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)、信息科學(xué)、物理科學(xué)、工程科學(xué)等諸多學(xué)科的交叉不斷加深，衍生出眾多新型電化學(xué)分支學(xué)科，如固態(tài)電化學(xué)、生物電化學(xué)、化學(xué)修飾電極學(xué)、納米電化學(xué)等。 （三）電化學(xué)的研究方法不斷發(fā)展和理論研究日趨深入 隨著研究方法的時(shí)空分辨率和檢測(cè)靈敏度不斷提升，電化學(xué)基礎(chǔ)理論研究向微觀（亞微觀）、分子及原子水平飛躍，更加注重電化學(xué)界面的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和電化學(xué)過(guò)程的單分子事件，促進(jìn)電化學(xué)界面微觀結(jié)構(gòu)模型的建立，推動(dòng)電化學(xué)理論創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，如原子、離子、分子、電子等的排布，界面電場(chǎng)的形成，界面電位的分布，界面區(qū)粒子間的相互作用，電極表面的微結(jié)構(gòu)和表面重建，表面態(tài)等的建立。

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