前言
这篇文章其实是我刚接触电解水的时候，看了几篇师兄师姐的文献总结下来的，然后放在我的blog里面，知识大致就是这样，只能告诉你电解水领域大致接触到了什么表征手段，怎么测试性能等等，无法直接告诉你应该怎么合成出有用的材料，毕竟我也不是神仙。
电解水
OER是缓慢的四电子转移过程，
HER则是相对快速一些的两电子转移过程， 全ph反应
理论上：
阳极上析氧反应(OER)所需电势1.23V
阴极上析氢反应(HER)所需电势0V
使电化学系统中的反应能够顺利进行需满足：
①电极与反应物之间的电子交换顺利地进行；
②电子导体或离子导体中的电子或离子通畅地移动；
③欧姆损失小。此外，还需要反应物能够迅速到达进行反应的电极表面（物质传输快速）
三电极体系（电化学工作站）
工作原理：
工作电极和对电极构成回路，对电极只起到电流通导的作用，而参比电极用来作为测量施加在工作电极上的电压的基准，在三电极系统中工作电极的电位就是相对于参比电极的电位。
HER
酸性环境反应机理
Tafel斜率（b）表示电流密度增加或降低10倍所需的电位差，根据Tafel
- b值为29mV dec-1 ：Volmer步骤反应快速且化学解吸附（Tafel步骤）反应控制反应速率
- b值为39 mV dec-1：Volmer步骤反应快速且化学解吸附（Heyrovsky步骤）反应控制反应速率
- b值为116 mV dec-1 ：Volmer步骤为决速步
性能评判指标
10 mA cm-2的电流密度相当于太阳能水分解装置的12.3%的效率
大电流密度下过电位小于220mv
商用Pt/C在HER反应10 mA cm-2中约为20 mv过电位
商用Rd rfxuO2在OER反应10 mA cm-2中为242 mv过电位
稳定性方面，需至少持续10小时（一晚）的测定来评判，小池子测量一晚上，由于水位下降，性能下降幅度在10%以内即可
设计
优异的HER催化剂可以从以下几个方面来对材料进行改性和提升：
- 通过材料纳米化，设计2维层状结构、3维多孔结构等来丰富材料活性位点；
- 通过组分调节、设计缺陷（空位）、元素掺杂、构建异质结等来提高材料的固有催化活性；
- 借助石墨烯、碳纳米管、泡沫镍等高导电性基底增强材料电子传输能力。
- 参考火山图选择元素
HER材料会因为长期放置于空气中氧化导致性能变差，测试材料需新鲜制备。
OER
OER引起的过电位损失通常远大于由HER引起的电位损失
对于OER来说，其不光是电解水技术中的半反应，同时也是金属-空电池、燃料电池等不可或缺的重要反应
再此注意，我对OER不是很感兴趣，所以总结的内容较少，且不一定完全正确
反应机理
新机理为以上三种AEM,LOM,OPM；
催化剂种类及其工作环境
贵金属催化剂（如Ir和Ru）及其衍生化合物在酸性介质中的活性要好于其在碱性介质中
过渡金属（如，Fe，Co，Ni）催化剂则表现相反，其在碱性介质中更能发挥其OER活性
在某些情况下收集到的电流并不会对OER电催化起作用，比如出现氧化电流、高氧化电位下催化剂材料本身或者基底发生相变或者分解等。
材料或者基底中含Ni、Fe等
氧化电流
测试性能读数时，读回来的这一段
材料观测手段
SEM（扫描电子显微镜）
可直观了解到材料处理前后的表面变化
XPS（X射线光电子能谱）
所需材料大小1×1
XRD（X射线衍射相分析）
TEM/HR-TEM(高分辨透射电子显微镜)
EDS（能量色散 X 射线光谱仪）
HAADF-STEM（高角环形暗场扫描透射）
XAS(同步辐射）
XAS是一种具有元素选择性的谱学方法，涉及电子从芯能级激发到空态的过程，可以有效获得不同材料的局部结构信息。
表征/性能测试手段
线性扫描伏安法（LSV）
纵坐标电流密度，横坐标电压
过点位越靠近0，性能越好，
如图曲线为HER反应，由于析氢反应发生在阴极（与电流负极相连接），故电流密度为负。
过点位为正值
塔菲尔(Tafel)曲线
塔菲尔曲线可由LSV数据转换获得，根据下列公式：
η=a+b×logj
其中η代表过电位，j代表电流密度，这两个参数均可在LSV数据中得到
电化学阻抗谱（EIS）
由于内阻的存在，电流需要进行补偿操作，而这部分内阻（溶液内阻，Rs）可以从EIS数据中得到。测试一般在电流密度为10 mA cm-2处的电位下进行测试，测试范围为0.01~100000Hz。
在催化剂材料进行HER工作的条件下进行EIS测试以探查HER反应动力学和电极/电解质界面反应。根据EIS数据，还可以得到电极表面的电子转移阻抗(Rct)和吸附阻抗（Rad），溶液内阻（Rs）
如图为奈奎斯特图，z’（实部）表示电阻，z”（虚部）表示电容
电极过程的控制步骤为电化学反应步骤时，Nyquist图为半圆，据此可以判断电极过程的控制步骤。
如图所示：
单条曲线，最左边与横坐标相交的点，表示溶液内阻（Rs）
右边与横坐标相交的点为Rct（电子转移阻抗）+Rs
Rct可以从EIS谱中高频区域半圆直径得到，Rct数值越小，代表电子越容易转移，反应速率越快，HER性能也就越好。
稳定性
进行循环伏安法(CV)或线性扫描伏安法(LSV)测试，比如测试2000次，通过比较初始活性和2000次循环（CV）后的活性曲线。
第二种方法是恒电流或者恒电位测试，恒电位测试（计时电流法）即控制电位以获得电流密度的变化曲线，若电流密度有减小，则材料性能正在下降。
质量活性
质量活性为单位质量下的电流，一般选用mA g-1为单位，相同过电位下，质量活性数值越大越好。
TOF值
TOF值指的是单位时间内单位活性位点上发生反应的分子数。目前，估算HER催化剂的TOF值基于如下公式：TOF=jA/4nF
其中A为工作电极的面积，n为使用电化学活性表面积(ECSA)估算的活性物质的摩尔分子数。
电化学活性表面积（ECSA）
如图正负电流密度差值的二分之一与扫速呈现正比关系，对其进行拟合可以得到直线斜率，即为Cdl，
其数值越大，单位面积下提供的电催化活性位点越多
ECSA= Cdl / Csp
附录
英文缩写
双金属氢氧化物材料(LDH)
氧化石墨烯GO
还原氧化石墨烯rGO
MXene一种碳氮掺杂的二维材料 用到HF
Hads 吸附氢离子
ads吸附
泡沫镍NF
ZIF-8 ZIF-67
SA单原子 AC原子团簇
A-WE技术 碱性电解水
PEM-WE 质子交换膜电解水
AEM-WE 阴离子交换膜电解槽
