《Current Opinion in Electrochemistry》：Supramolecular Strategies for Next-Generation Electrochemical Methods
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超分子电化学通过非共价相互作用调控电荷传输与界面反应，在储能（提升电极稳定性、容量）和电催化（如CO?还原、OER）中展现应用潜力，但面临可扩展性、结构稳定性及机理复杂性挑战，需结合原位电化学方法提升器件性能。
Madasamy Kanagaraj | Bebin Ambrose | Murugavel Kathiresan
印度泰米尔纳德邦Sattur市Sri S. Ramasamy Naidu纪念学院（自治学院）化学系，邮编626203
摘要
- 超分子电化学提供了一种有效的方法，通过非共价相互作用来调节电荷传输、氧化还原行为和界面过程。这些非共价组装通常基于主客体识别、氢键作用、π-π堆积和金属-配体配位等相互作用，使电化学系统超越了传统电极和电解质的静态结构限制。本简评重点介绍了2023-2025年间的研究进展，展示了超分子设计如何在电催化、传感、电子学和能量转换领域调控电子和离子传输。特别关注了将定量电化学性能与分子识别有效结合的方法，同时也指出了诸如机制分辨率有限、可扩展性差以及在操作条件下的结构不稳定等挑战。我们认为，使用原位操作电化学方法来建立显著的结构-功能关联对于未来的发展至关重要。开发响应性和可持续的电化学方法需要将分子识别原理转化为与器件相关的性能。
引言
超分子电化学（SEC）通过将氧化还原功能与动态的弱分子间相互作用相结合，成为电化学与超分子化学之间的桥梁。[1],[2],[3]?,[4] 这种结合为通过氧化还原活性探针调节分子形状和功能，从而实现响应式的电通信和可控的电荷传输提供了新的机会。[5],[6],[7],[8] 与刚性的共价结构不同，SEC利用氢键作用、π-π堆积、静电吸引和分子封装来创建适应性框架，在这些框架中，氧化还原活性和结构有序性通过可逆相互作用紧密相连。[9],[10],[11],[12]
最近的发展将SEC从早期对环糊精和葫芦脲等大环主体的研究扩展到了功能性材料的研究（2023-2025年）。重要进展包括：
- i)
在能量存储方面，非共价相互作用提高了电极的稳定性、容量和能量密度。[13]??,[14],[15],[16]
- ii)
在电催化方面，超分子复合物促进了高度选择性的双电子氧还原。[17],[18],[19]??,[20]
总体而言，这些进展表明精确的分子级组织能够提升宏观性能。然而，要实现对电荷传输、选择性和结构稳定性的精确控制仍然具有挑战性。正如最近（2025年）关于应用超分子技术的研究所强调的，强大的分子设计结合可扩展的制造方法和操作耐久性是将SEC从概念框架发展为与器件相关平台的必要条件。本简评重点介绍了2023-2025年在超分子-电化学平台方面的最新进展，这些进展将分子识别与器件级性能相结合，并描述了这些适应性系统在电子学、传感器和可持续能源技术中的未来应用路径。
基本概念与机制
在超分子电化学系统中，大环限制和主客体组装在调节电子传输和分子组织方面起着关键作用。设计好的大环通过改变分子堆积和电耦合，将惰性支架转化为动态的、对氧化还原反应敏感的结构。然而，催化效果的显著提升并不仅仅源于将惰性支架转化为氧化还原活性组分。实际上，大环限制和主客体相互作用共同作用
用于电催化的超分子组装
主客体结构（如金属-有机笼和轮烷）提供了稳定的高能中间体环境，并促进了质子耦合电子传输（PCET）。这些系统通过改变底物取向和阻止失活途径，提高了CO?还原、OER（氧还原）、ORR（氧化还原反应）和HER（析氢反应）等过程的转化频率并降低了过电位。重要的是，超分子电催化的应用不仅限于上述电化学过程
结论与展望
超分子电化学通过用氢键作用、π-π堆积和主客体封装等灵活的非共价相互作用取代刚性的共价框架，改变了电荷传输和界面反应性。这种分子级的精确控制使得界面具有可调的导电性和选择性催化能力。然而，该领域仍面临设备可扩展性、操作偏压下的结构稳定性以及反应机制复杂性等重大挑战
数据可用性
本文研究未使用任何数据。
利益声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或可能影响本文工作的个人关系。
致谢
M. Kanagaraj博士感谢Sattur的SRNM学院提供的持续支持和鼓励。Bebin Ambrose博士对MCC的校长和管理层表示衷心的感谢。
