不管是碱性还是PEM，电解水制氢机理基本相通，其反应包括阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)两个半反应，今天一起来分别看看析氧反应(OER)和析氢反应(HER)。
1.析氧反应(OER)
析氧反应(Oxygen Evolution Reaction，OER)，指氢氧根离子或水失去电子，生成氧气的过程，发生在电解槽的阴极。
析氧反应(OER)涉及多电子转移过程，动力学反应较慢，是制约整个水电解装置效率的关键因素。不同条件的OER反应步骤不一样：酸性条件下，两个水分子转化为四个质子(H+)和一个氧分子；在中性和碱性介质中，主要是四个氢氧根离子氧化成两个水分子和一个氧分子。
酸性条件下OER的步骤如下:
H2O + * → OHads+ H+ + e-
OHads→ Oads + H+ + e-
Oads+ H2O → OOHads + H++ e-
OOHads→ O2ads + H+ + e-
O2ads→ O2 + *
Overall: 2H2O→ 4H+ + O2+ 4e-
碱性条件下OER的步骤如下:
OH-+ * → OHads + e-
OHads+ OH- → Oads + H2O + e-
Oads+ OH- → OOHads + e-
OOHads+ OH-→ O2ads + H2O + e-
O2ads→ O2 + *
Overall: 4OH-→ 2H2O + O2 + 4e-
其中*表示催化剂表面的活性位点，“ads”表示中间产物(OHads, Oads, OOHads, O2ads)的吸附状态。
OER机理示意图
2.阴极析氢反应(HER)
电解水时，质子或水合氢离子在阴极得到电子，发生还原反应，生成氢气析出，该过程简称为氢还原反应(Hydrogen Evolution Reaction，HER)。
阴极析氢反应（HER）可基于Volmer-Heyrovsky机制或Volmer-Tafel机制发生，碱性和酸性条件的演化步骤相似。
碱性条件下HER的步骤如下:
H2O + e-→ OH- + Hads (Volmer)
Hads+ H2O + e- → OH- +H2 (Heyrovsky)
or 2Hads → H2 (Tafel)
酸性条件下HER的步骤如下:
H++e- + * → Hads (Volmer)
Hads + H++ e- → H2 (Heyrovsky)
or 2Hads → H2 (Tafel)
其中*表示催化剂表面的活性位点，ads表示中间体(Hads)的吸附状态。
酸性(左)和碱性(右)介质中的HER机理，图灵科创
3.电解水制氢所用催化剂
析氢反应目前主要使用Pt基贵金属催化剂，而析氧反应主要使用IrO2和RuO2等贵金属氧化物催化剂，相关催化剂厂商有济平新能源、中自科技、氢电中科、擎动科技、广东喜玛拉雅氢能科技、贺利氏、枡水新能源、浙江高成绿能科技、宁波中科科创、稳石氢能等。
来源：综合整理自邃瞳科学云、氢眼所见等
原文始发于微信公众号（艾邦氢科技网）：电解水制氢机理：析氧反应(OER)和析氢反应(HER)