将可再生能源与水电解耦合制氢是发展新能源利用、解决能源危机的有效途径。充分了解阴极析氢反应(HER)机理非常重要。

检查水分子对析氢反应的贡献

与酸性条件下的快速动力学相比，碱性条件下的动力学速度慢了两个数量级，表明反应机理比酸性条件下更复杂。因此，深入了解碱性条件下的HER机理描述子对提高HER活性具有实际意义。

重庆大学的研究人员表示，“水分子在酸性条件下作为催化HER的溶剂，而水分子在催化碱性HER中起到双重作用，即反应物和溶剂。”研究人员基于他们在HER领域的研究和知识，重点关注水分子对HER的贡献，总结了过去十年HER活性描述符的发展，并提供了他们对水分子如何影响动力学的理解和她的动态。

例如，常用的活性描述符氢结合能可以表示经过水吸附能校正后的碱性HER活性。水解离涉及氢氧根结合，OH-和阳离子吸附被认为是HER的描述符。此外，界面水被强调为影响pH依赖性HER活性的关键因素，并且可以有意地富集和重新定向以显着改善HER动力学。

综述论文发表在《科学中国化学》上。该工作由新能源材料化学与化学工程组组长魏子东牵头。程超和邓明明为第一作者。课题组多年来一直在研究电催化的潜在机理，设计出高性能的新型电催化剂，从而提高了水电解、燃料电池等新能源领域的物质与能量之间的转化效率。

水分子作为HER中的反应物

研究人员说，“由于带电电极和水偶极子之间的强烈相互作用，水分子是少数可以进入电极/电解质界面深处的分子”，“在中性和碱性溶液中，水作为反应物提供析氢源。如果水被弱吸附在催化剂表面并且没有及时提供，则会抑制连续的HER。

界面水在催化HER中的作用

“界面水的配置和动态过程对于确定催化剂的HER性能非常重要，”ZidongWei说。“在我们之前的研究的基础上，我们得出结论，电极/溶液界面处的电场可以调节界面水的富集、重新取向和活化解离，从而促进HER基本步骤的耦合并改善其反应动力学。在高极化区域，这种耦合机制也是通用的。”