原位紅外電化學池是連接電化學工作站與紅外光譜儀的關鍵接口裝置，其核心設計理念是在電化學反應進行的同時，讓紅外光能夠有效穿透并檢測原位紅外電化學池鉑電極/溶液界面，實現"邊反應邊看"的實時監測。這種聯用技術將宏觀電化學信號與微觀分子結構變化直接關聯，為電催化、電池、腐蝕等過程的機理研究提供了較直觀的證據。
設計原理的核心要素
電化學原位紅外光譜面臨的較大挑戰是水溶液對紅外光的強烈吸收。為解決這一難題，發展出兩種主流技術路線：外反射模式和內反射模式。外反射模式采用薄層電解池設計，將工作原位紅外電化學池鉑電極與紅外窗口壓近，形成數微米厚的薄層電解液，極大縮短了紅外光在溶液中的路徑，有效削弱水的吸收干擾。內反射模式則基于衰減全反射原理，采用高折射率的紅外窗片，在窗片表面蒸鍍幾十納米厚的金屬薄膜作為工作電極，紅外光在窗片內發生全反射時產生的隱失波能夠穿透薄膜探測電極/溶液界面，由于隱失波作用距離極短，溶劑吸收影響被降到較低。
關鍵技術突破方向
薄層電解池的突出優點是電極適應性非常廣，絕大部分固體電極都可以應用，因此成為電化學原位紅外中應用較廣泛的電解池。但其不足之處是電極對電位響應速度慢、傳質阻力大，且電流密度分布不均。針對這些問題，研究人員通過采用微電極、流動電解池等措施加以克服。衰減全反射方式的較大優勢是可以通過控制金屬薄膜的納米結構，獲得幾十到幾百倍的增強紅外吸收，即表面增強紅外吸收光譜，非常有利于低覆蓋度吸附態中間體的檢測。
現代原位紅外電化學池的設計還需要考慮多項關鍵指標：反射式結構的選擇、池內光程與死體積的優化、工作溫度范圍的擴展、以及表征材料的真實性。氣相電化學反應的原位池需要將反應池體積設計得盡可能小，以縮短氣體切換時間，滿足瞬態過程分析的需求。溫度控制能力也十分重要，高溫可以去除原位紅外電化學池鉑電極或質子交換膜上的雜質成分，提升質子遷移速率，而較低溫度則能提高反應中間體的穩定性，有利于跟蹤反應歷程。
創新設計趨勢
較新研究開發了多用途電化學原位池，通過片狀工作電極作為窗口直接隔絕電解液和空氣，使得測試過程中光直接通過片狀工作電極與催化劑接觸，光路不需要經過水層，避免水層對信號的干擾。這種設計不僅解決了目前原位池功能單一的問題，而且結構簡單、加工成本低、使用方便。此外，能夠實現電解液對流平衡、電解液用量少、檢測靈敏度高的新型原位紅外電化學池也在不斷涌現，通過優化池體結構和攪拌裝置，確保能夠準確檢測到催化劑表面的吸附物種。
