化学中什么是HER

HER在化学中指的是氢析出反应（Hydrogen Evolution Reaction），这是电化学中一个重要的反应过程，主要发生在电解池的阴极。在HER中，水溶液中的质子（H⁺）或水分子（H₂O）被还原，生成氢气（H₂）。这个反应在许多领域都有应用，包括电化学能源转换和储存，如燃料电池和水电解制氢。

HER的基本反应机制

在酸性环境中，HER的主要反应步骤为：

电化学吸附（Volmer步骤）：

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H^+ + e^- \\rightarrow H_{ads}

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质子（H⁺）在电极表面被还原，生成吸附的氢原子（H_{ads}）。

复合脱附（Tafel步骤）：

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2H_{ads} \\rightarrow H_2

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两个吸附的氢原子结合生成氢气。

电化学脱附（Heyrovsky步骤）：

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H_{ads} + H^+ + e^- \\rightarrow H_2

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吸附的氢原子与另一个质子和电子反应生成氢气。

在碱性或中性环境中，水分子（H₂O）作为质子源，反应机制类似，但涉及水分子分解。

研究HER时需要注意的事项

电极材料的选择：

电极材料的催化活性对HER效率至关重要。常用的电极材料包括铂（Pt）、钯（Pd）等贵金属，以及一些过渡金属化合物（如MoS₂、Ni₂P等）。

反应环境的影响：

HER的效率和机制受溶液pH值影响。酸性、中性和碱性环境中的反应路径和动力学不同，需根据具体条件调整研究策略。

过电位的控制：

过电位是驱动HER所需的最小额外电压，低过电位意味着高催化效率。研究目标之一是开发低过电位的催化剂。

催化剂的稳定性：

催化剂在长时间反应中的稳定性是关键。需评估其耐久性和抗腐蚀性。

反应机理的研究：

理解HER的具体反应机制有助于优化催化剂设计。可通过电化学测试（如循环伏安法、Tafel分析）和理论计算（如密度泛函理论）进行研究。

副反应的避免：

在HER过程中，可能发生其他副反应（如氧析出反应OER），需通过控制电位和选择合适催化剂来避免。

HER是电化学中生成氢气的重要反应，涉及多个步骤和机制。研究HER时，需关注电极材料、反应环境、过电位、催化剂稳定性、反应机理和副反应等因素，以提高反应效率和催化性能。

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