氫電極反應包括析氫反應(HER)和氫氧化反應(HOR)，在氫能系統(tǒng)中起著重要作用。目前，隨著堿性交換膜(AEM)技術(shù)的進步和用于氧電極反應的非金屬基催化劑的發(fā)展，堿性交換膜燃料電池和水電解槽有望克服商業(yè)化瓶頸，特別是對昂貴貴金屬催化劑的質(zhì)子交換膜。

盡管如此，氫電極反應的動力學在從酸轉(zhuǎn)化為堿的過程中會下降超過2個數(shù)量級，即使是鉑也是如此。盡管在過去的幾年里作出了廣泛的努力，這種氫電催化動力學pH效應的起源和吸附氫氧化物的作用仍然存在激烈的爭論，這嚴重制約了堿性氫能技術(shù)的催化劑進步。

基于此，武漢大學陳勝利和羅威等研究了不同催化劑(Pt、Rh、Rh₂P、Ru和Ru₂P)在不同pH值的電解質(zhì)溶液中的HOR/HER動力學。研究發(fā)現(xiàn)，這些催化劑的HOR/HER活性在寬pH值范圍內(nèi)都表現(xiàn)出拐點，這些拐點與它們的氫氧化物結(jié)合能(OHBE)單調(diào)相關(guān)。pH效應的這種普遍的拐點行為反對氫結(jié)合能(HBE)作為HOR/HER催化劑活性的無pH描述符的觀點提供了明確的證據(jù)。

更關(guān)鍵的是，拐點pH和OHBE之間的單調(diào)關(guān)系不能用一個普遍的事實來解釋，即OHBE的加強僅僅影響表面分離或水的形成的能量。

因此，研究人員提出了一個三通道模型，其中在不同pH的水溶液中氫離子(H₃O⁺)和水(H₂O)作為氫供體參與HOR/HER，分別是H₃O⁺，H₂O/OH_ad和H₂O/OH^?路徑。微動力學模型表明，H₃O⁺和H₂O/OH^?路徑的速率隨pH的變化呈現(xiàn)相反的結(jié)果。

此外，酸性和堿性HOR/HER與OHBE之間的轉(zhuǎn)折點pH和動力學間隙的單調(diào)變化可以很好地用電雙層(EDL)中界面氫鍵網(wǎng)絡的OHBE依賴性連通性來解釋?？偟膩碚f，模型和實驗結(jié)果為理解氫電催化動力學對pH、結(jié)合能和電雙層的復雜依賴性提供了可靠的依據(jù)；并且這些概念對理解其他電催化反應的動力學pH效應具有重要意義，也為設計pH靶向電催化劑提供了指導。

Electric-Double-Layer Origin of the Kinetic pH Effect of Hydrogen Electrocatalysis Revealed by a Universal Hydroxide Adsorption-Dependent Inflection-Point Behavior. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c01164