氫電極反應包括析氫反應(HER)和氫氧化反應(HOR)，在氫能系統中起著重要作用。目前，隨著堿性交換膜(AEM)技術的進步和用于氧電極反應的非金屬基催化劑的發展，堿性交換膜燃料電池和水電解槽有望克服商業化瓶頸，特別是對昂貴貴金屬催化劑的質子交換膜。

盡管如此，氫電極反應的動力學在從酸轉化為堿的過程中會下降超過2個數量級，即使是鉑也是如此。盡管在過去的幾年里作出了廣泛的努力，這種氫電催化動力學pH效應的起源和吸附氫氧化物的作用仍然存在激烈的爭論，這嚴重制約了堿性氫能技術的催化劑進步。

基于此，武漢大學陳勝利和羅威等研究了不同催化劑(Pt、Rh、Rh₂P、Ru和Ru₂P)在不同pH值的電解質溶液中的HOR/HER動力學。研究發現，這些催化劑的HOR/HER活性在寬pH值范圍內都表現出拐點，這些拐點與它們的氫氧化物結合能(OHBE)單調相關。pH效應的這種普遍的拐點行為反對氫結合能(HBE)作為HOR/HER催化劑活性的無pH描述符的觀點提供了明確的證據。

更關鍵的是，拐點pH和OHBE之間的單調關系不能用一個普遍的事實來解釋，即OHBE的加強僅僅影響表面分離或水的形成的能量。

因此，研究人員提出了一個三通道模型，其中在不同pH的水溶液中氫離子(H₃O⁺)和水(H₂O)作為氫供體參與HOR/HER，分別是H₃O⁺，H₂O/OH_ad和H₂O/OH^?路徑。微動力學模型表明，H₃O⁺和H₂O/OH^?路徑的速率隨pH的變化呈現相反的結果。

此外，酸性和堿性HOR/HER與OHBE之間的轉折點pH和動力學間隙的單調變化可以很好地用電雙層(EDL)中界面氫鍵網絡的OHBE依賴性連通性來解釋。總的來說，模型和實驗結果為理解氫電催化動力學對pH、結合能和電雙層的復雜依賴性提供了可靠的依據；并且這些概念對理解其他電催化反應的動力學pH效應具有重要意義，也為設計pH靶向電催化劑提供了指導。

Electric-Double-Layer Origin of the Kinetic pH Effect of Hydrogen Electrocatalysis Revealed by a Universal Hydroxide Adsorption-Dependent Inflection-Point Behavior. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c01164