电解氢氧化钾溶液制备氢气和氧气 电解水制作氢气

清洁能源-氢：在析氢反应里面，很多研究都偏向非晶合金，高熵合金/金属玻璃等，总的来说就是各种基掺杂各种元素，有Pd-基，Pt-基，Fe-基，Ru-基，Zr-基等，元素包括但不限于：Ni，Cu，P，Mg，Au，Ag，Co，Mo等，最后得到掺杂成的无序纳米团簇，其表面有很多活性位点，也就是这些活性位点可以吸附氢原子，最后释放出氢气，衡量这些纳米团簇可以通过实验方法和第一性原理，实验方法包括测量过电位，Tafel斜率,交换电流密度，超微电极（UME）尖端电流等，第一性原理包括计算团簇的氢吸附能，吉布尼斯自由能，投影态密度，差分电荷等进行表征。

电极极化：在不可逆条件下，当有电流通过电极时，发生的是不可逆的电极反应，此时的电极电势与可逆电极电势会有所不同。电极在有电流通过时所表现的电极电势与可逆电极电势产生偏差的现象称为电极极化。电极极化的特征是：阴极电位比平衡电位更负（阴极极化），阳极电位比平衡电位更正（阳极极化）。

过电位：过电位是由于电极极化而产生的，就是说实际的电极反应已经脱离了理想的电极反应。图中76 mV为过电位。

Adv. Mater. 2016, 28, 10293–10297

Adv. Mater. 2016, 28, 10293–10297

图(e)为塔菲尔曲线，Tafel斜率是析氢反应（HRE）电催化剂的一个固有性质，塔菲尔曲线拟合到塔菲尔方程，，其中η是过电位，b是塔菲尔斜率，j是电流密度。MG表现出58 mV dec−1的小Tafel斜率，表明非晶态催化剂表面上的制氢可能通过Volumer–Heyrovsky机制进行。从Tafel曲线推断出的非晶态催化剂的交换电流密度（j 0）高达0.217ma cm−2，远大于Pt/C催化剂（≈0.146）和许多先前开发的电催化剂的交换电流密度。较大的j 0表示在非常低的过电位下提供了较大的电流，整个反应的激活更容易。Tafel越小，j0越大，反应激活更容易。

交换电流密度：给定金属催化析氢反应的能力通常用交换电流密度来衡量。当电极反应处于平衡时，电极反应的两个方向进行的速度相等，此时的反应速度叫做交换反应速度。相应的按两个反应方向进行的阳极反应和阴极反应的电流密度绝对值叫做交换电流密度，用jo表示。交换电流密度可以用来描述一个电极反应得失电子的能力，及可以反映一个电极反应进行的难易程度。较大的交换电流表示在非常小的过电位下提供较大的电流，使得整个反应更容易。V. Hasannaeimi et al. / Electrochimica Acta 353 (2020) 136616

其中Ag/AgCl是参比电极，通过精确值的参比电极求出电极电势，得到电流密度与电极电势曲线。

超微电极（UME）尖端电流：UME针尖测量的氢浓度越高，合金成分越活跃，记录的针尖电流越高，UME尖端的记录电流完全归因于催化剂的电化学活性。从SECM测得的所有研究体系的电流如图d所示。在所有样品中，纯Pt和Pd对HOR的催化活性最低。另一方面，Pd43Pt0和Pt57Pd0非晶态合金表现出较高的氢氧化速率，尽管它们的贵金属含量明显较低。Pd43Pt0和Pt57Pd0非晶态合金的平均UME尖端电流比纯Pt和Pd高约80 nA。同时含有Pd和Pt的金属玻璃对HOR的活性最高。

吉布斯自由能的火山图如下图示：

火山图

从图中可以看出，在Pt电极的析氢反应是接近热中性的，较高的吉布斯自由能会导致质子键合过弱，较低的吉布斯自由能会导致吸附氢的强键合，两者都会使得析氢过程变慢，所以吉布尼斯在0附近，其催化活性最好。

氢吸附能：中间产物H*在催化剂上的吸附强度（deh）可以反映其吸附能力，Pd位的吸附能为正（>0），说明Pd位不利于H原子的吸附。吸附能为正表示吸热，吸热反应难自发进行，负值表示放热，即吸附后体系更稳定，能量更低。

DOI: 10.1039/d0ta10235k

投影态密度：利用第一性原理计算得到的局部投影态密度图，可以分析目标原子与团簇的结合情况。查看费米能级附近变化情况，各原子的峰值变化，可以分析出目标原子与配位原子的结合情况。

Adv. Mater. 2016, 28, 10293–10297

差分电荷：差分电荷密度图是通过成键后的电荷密度与对应地点的原子电荷密度相减获得。通过差分电荷密度的计算和分析，可以清楚地得到在成键和成键电子耦合过程中的电荷移动以及成键极化方向等性质。可以明显看到电荷的转移等情况，验证了投影态密度的分析结果。

Adv. Mater. 2016, 28, 10293–10297