第一作者：ong>Wenjamin

通讯作者：Lior Elbaz

通讯单位：Bar-Ilan University

研究内容：

  HER和HOR主要由贵金属基(PGM)催化剂催化，主要是铂基催化剂，这降低了它们的过电位并增加了它们的反应动力学，根据介质(酸性或碱性)的不同，可以与带电荷的物质、质子或氢氧化物反应。在酸性介质中使用PGM催化剂，它们通常表现出令人满意的性能;然而，它们在碱性介质中变得相当缓慢，在碱性介质中动力学至少低两个数量级。PGM材料的成本和稀缺性是近年来寻找无PGM催化剂的主要动力。。

要点一：

HER和HOR的机制可以分为三个不同的基本步骤，Tafel步骤、Heyrovsky步骤和Volmer步骤。在碱性和中性介质中，水离子和氢氧根离子成为活性物质。HER和HOR之间的区别在于反应发生的方向，HER从右到左，HOR从左到右，在HOR中，它通常以Tafel步骤，并继续到Heyrovsky步骤或Volmer步骤，这取决于机制；而HER从Volmer步骤开始，继续到Tafel步骤或Heyrovsky步骤。机制的发生取决于催化剂和反应的斜率决定。

要点二：

虽说目前没有一个MOF的性能能接近Pt，但它们具有一些重要的性能(高比表面积和超高活性中心密度)，这是任何HER催化剂，特别是无PGM催化剂所必需的，这类催化剂值得进一步探索。另一类有趣的无PGM的HER催化剂是金属碳化物。最有前途的是Mo基和W基碳化物。DFT计算表明，间隙碳的s轨道和p轨道与金属的d轨道杂化，改变了d带结构。这导致了费米能级周围更高的电子密度，并使其电子结构与Pt非常相似。过渡金属磷化物也被认为是良好的无PGM的HER催化剂。P原子与碳化物中的碳原子起着类似的作用，它们有助于优化材料的ΔGH*，它们在酸性介质中更稳定，而磷酸基材料的在酸中过电位比碱低得多。

表2：不同HOR催化剂作用下的碱性燃料电池性能

参考文献：

Moschkowitsch W, Lori O, Elbaz L. Recent Progress and Viability of PGM-Free Catalysts for Hydrogen Evolution Reaction and Hydrogen Oxidation Reaction. ACS Catalysis, 2022:1082.