电催化剂析氢反应的简写是HER。是指通过电化学的方法使用催化剂产生氢气。能源和环境是人类社会可持续发展涉及的最主要问题。全球80%的能量需求来源于化石燃料，这最终必将导致化石燃料的枯竭，而其使用也将导致严重的环境污染。从化石燃料逐步转向利用可持续发展无污染的非化石能源是发展的必然趋势。氢是理想的清洁能源之一也是重要的化工原料，受到世界各国广泛的重视。电解水制氢是实现工业化、廉价制备氢气的重要手段。
简介电催化剂析氢反应的简写是HER。是指通过电化学的方法使用催化剂产生氢气。能源和环境是人类社会可持续发展涉及的最主要问题。全球80%的能量需求来源于化石燃料，这最终必将导致化石燃料的枯竭，而其使用也将导致严重的环境污染。从化石燃料逐步转向利用可持续发展无污染的非化石能源是发展的必然趋势。氢是理想的清洁能源之一也是重要的化工原料，受到世界各国广泛的重视。电解水制氢是实现工业化、廉价制备氢气的重要手段1。
高活性催化电极材料的选择及性能1.过渡元素金属的合金电极材料
对于析氢电催化反应，最早进行这方面探索的人是Kita，他曾把过渡金属电极材料的析氢反应交换电流密度I与电极材料元素的原子序数联系起来，发现各种金属的lgI值基本上是原子序数的周期函数。Engel Brewer价键理论指出，d轨道未充满或半充满的过渡系左边的金属(如Fe、Co、Ni)同具有成对的但在纯金属中不适合成健的d电子的过渡系右边的金属(如W、Mo、La、Ha、Zr)熔成合金时，对析氢反应产生非常明显的电催化协同作用。
过渡金属具有未成对的d电子和未充满的d轨道，具有良好的催化活性；电催化反应的速度取决于吸附作用的能量；金属晶格能影响析氢电催化活性。这对析氢电催化剂的选择和设计具有重要的指导意义2。
活性氢阴极材料主要有两类：
(1)贵金属；
(2)镍基材料，它包括镍金属，镍基合金，镍基复合材料，多孔镍等。大量文献曾报道过贵金属Pt族元素具有优异的电催化活性，其氢超电势低，但是贵金属价格昂贵，不能大量投入使用。因此，众多的研究者都致力于镍基材料的研究。
2.复合合金镀层电极材料
为了获得高催化活性的析氢电极，人们采用复合电沉积技术获得复合合金镀层。所谓复合合金镀层是指在基体金属(如Ni)中嵌入第二相的固体微粒而形成复合合金层，这是制备高催化活性电极材料的新方法。
3.非晶态合金电极材料
与金属催化剂相比，非晶态合金催化剂具有许多独特的性能:
(1) 在很大范围内改变合金的成分，达到所需的电子结构，形成最佳的电催化活性。
(2) 催化活性中心以单一形式(固熔体) 均匀分布在表面上，从而具有高的机械强度和卓越的耐腐蚀性，因而非金属合金是一种优良的、有前途的电极材料。
4.稀土元素的合金电极材料
含有稀土元素的合金材料往往用作析氢电极材料。从水溶液中电沉积制备Ni-La合金，在25%NaOH溶液中析氢活性比Ni电极大大提高。采用合金电沉积和复合镀技术，将NiMo合金和稀土储氢合金交替的镀复到电极表面作析氢反应的催化层，稀土储氢元素的引入，不仅提高了电极对析氢反应的催化活性，而且增强了催化层的抗氧化能力，从而延长了电极的使用寿命。
5.纳米合金电极材料
纳米材料是由极细晶粒组成，特征维度尺寸在纳米数量级(1～100nm)的固体材料。由于它们在结构上表现出量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，因此具有独特的电子传递和电催化性能。用电沉积法可以十分经济而且简便地制得具有纳米级结构的纯金属，合金及金属- 陶瓷复合物，因而在电催化、储氢等方面表现出良好的应用前景2。
高活性析氢催化电极的研究动态提高析氢电极催化活性的方法有很多种，归纳起来主要有以下三类：
1) 在阳极电解液中添加有催化作用的物质；
2) 将阴极改为活性高的材料；
3) 对阴极材料的表面进行修饰。
要寻找高催化活性地电极材料，必须采用ηH2低的金属或合金。从能量因素来看，对低氢超电势金属，在平衡电极电势附近，那些吸附氢较弱的金属往往表现出较高的催化活性，一般认为，金属键d成分越高，而不成对的d电子就较少，M-H吸附键也较弱。过渡金属原子中存在可形成化学吸附的空d电子轨道，正适合有氢原子吸附过程的析氢电极反应。因此，选择氢析反应的催化电极范围主要集中在过渡金属元素上。选择合适的过渡金属原子以及适当的中心原子的周围环境，使催化电极的导电性、电化学稳定性和必要的催化活性得到兼顾，是设计电化学催化电极的主要任务。
铂及铂族金属对析氢有显著的催化活性及稳定性，所用的析氢催化剂仍主要以金属铂为主。最初，电催化剂采用大量的贵金属，工业化成本高，人们主要致力于负载型催化剂的研究，充分利用沉积金属，尽可能地使金属薄层沉积并均匀分布，以达到提高活性表面积、机械强度、化学稳定性，从而改善催化性能。此外，镍基材料作为活性氢阴极材料有其优势所在。镍的二元或三元合金能使ηH2降低，是制备高催化活性电极材料的常用方法之一；镍的复合合金镀层使催化活性增加，是制备高催化活性电极材料的新方法；镍的非晶态合金和镍的稀土元素合金能提高析氢性能和电极寿命，是一种优良有前途的电极材料。因此，如何提高镍基材料各种电极材料的利用率、降低电极成本、减少环境污染和能否大规模工业化，仍是今后研究的一大趋势。
纳米晶合金材料对析氢反应表现出高的催化活性，当晶粒尺寸小到某一数值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变成离散能级，纳米微粒存在不连续的最高已占分子轨道和最低未占分子轨道，能隙变宽，表面能升高，晶粒尺寸变小后，引起纳米晶粒表面原子输送和电子能谱的变化，从而使表面原子具有高的催化活性。镍钼合金以及其他合金纳米晶型的合金微粒具有高的表面能，从而使表面原子具有高的活性，析氢交换电流密度增大，析氢过电位降低。可见，纳米材料的析氢催化电极仍将是以后的主要研究对象。电沉积制备的纳米晶体电催化电极不仅催化活性大提高，同时也使得机体的寿命大大提高，耐蚀性、耐高温性等增强，因此，电沉积纳米晶型的电催化析氢电极的研究与开发具有广阔的前景1。
本词条内容贡献者为:
李斌 - 副教授 - 西南大学