电解水制氢首要原理为水分子在直流电的效果下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极分出。电解水制氢是一种高效、清洁的制氢技能，其制氢工艺简略，产品纯度高，氢气、氧气纯度一般可达

  氢作为一种单位体积内的包含的能量高的零碳动力载体，被以为是一种很有出路的可继续动力。电解水裂解制氢技能已遭到广泛重视。其间，析氧反响(OER)触及多电子搬运进程，动力学反响较慢，是限制整个水电解设备功率的重要的条件。经过对其反响机理的研讨，能够从理论上规划出更高效的催化剂资料。OER机制触及中心体的吸附和解吸，即OHadsOadsOOHadsO2ads进程(吸附产品演化机制，AEM)。在碱性和酸性介质中，OER机制包含四个进程(公式1到12)(每个进程都与一个电子耦合)，并触及多个中心产品(OHads, Oads, OOHads和O2ads)。在碱性和酸性介质中，OER反响所需吉布斯自由能为4.92 eV(式6或式12)，中心两步反响所需吉布斯自由能为3.2 eV(式2和3或式9和10)。假如这两个进程中的一个需求较低的吉布斯自由能，那么它对应于另一个进程中较高的吉布斯自由能进程。吉布斯自由能高的对应进程为OER速率决议进程(RDS)，反之亦然。

  一般，在金属(M)催化剂(包含贵金属和过渡金属)催化的OER进程中，M-O键相互效果对催化剂外表中心体的安稳有明显效果，对全体电催化功率有明显影响。在碱性和酸性介质中，OER反响机理能够写成如下(中心绿色箭头标明生成氧的可能性，而不是M-OOH中心体)(详见图1)【1】。

  在规范条件下，OER的热力学平衡势为1.23 V，但在实践反响进程中存在阻挠反响的晦气动力学要素，还需求一个额定的势，即过电势。如上所述，热力学中的这四个进程都对错自发的，需求很多的能量才干进行下一步。能量势垒与OER的每一步严密相关，阻挠了动力学，需求高过电位来战胜能量势垒。以为处理OHads和OOHads之间的能量联系是取得低过电位抱负条件的要害。

  析氢反响(HER)的催化活性与氢气(GH*)的吸附自由能有关。HER可根据Volmer-Heyrovsky机制或Volmer-Tafel机制产生(如图2所示)【1】。在碱性(图2A)或酸性(图2B)介质中，HER的演化进程相似。HER的第一步是在酸性介质中与H3O+产生Volmer反响生成H*，在碱性介质中与H2O产生Volmer反响生成H*(见公式13和16)。第二步是速率决议进程(RDS)，它取决于这些催化剂的活性(见公式14,15,17,18)。如Pt基催化剂，Tafel反响吸附H*和H*生成H2，而过渡金属催化剂一般与H2O(碱性)或H+即H3O+(酸性)和H*反响生成H2。反响途径不同的原因是Pt金属上的GH*接近于零，而过渡金属上的GH*十分高。

  其间*标明催化剂外表的活性位点，ads标明中心体(Hads)的吸附状况。

  氢的吸附才能是规划氢能电催化剂时需求细心考虑的首要的要素之一。例如，PtSex单层非晶催化剂表现出优异的HER催化功用(过电位为0 V, Tafel斜率为39 mV dec-1)，与纯Pt外表催化剂(固相电位为0 V, Tafel斜率为37 mV dec-1)相似(见图3)【2】。PtSex催化剂具有高密度的单原子层结构(图3A)，在进程2中表现出高度的Tafel反响机理(化学进程)(图3B)。特别是，理论核算标明，与晶体结构催化剂比较，非晶态超薄结构能够大幅度进步催化剂的氢吸附功用。其间单层非晶PtSex催化剂的GH*在0 eV邻近，原始结晶PtSe2催化剂的GH*高于1 eV。其他非晶催化剂(如非晶Pd量子点)在HER (Tafel斜率为30.0 mV dec-1)中也表现出相似的增强效果【3】。

  固体资料的物理与化学性质由其组成和内部原子的结合方法决议。固体中都会存在缺点，并且其许多性质(如电学、热学、光学、磁学、声学和力学等性质)都遭到结构中缺点的影响。近年来，固体缺点化学的基础理论逐步树立，资料的缺点渐渐的变成了研讨资料结构特性的中心。现在，缺点工程在功用资料的科学研讨中得到了广泛应用。特别是在热电、光电、催化、动力存储/转化等前沿范畴发挥着重要的效果（点击了解概况）。