综述：析氢反应预催化剂：从动态重构到理性设计

《Chemical Science》：Pre-catalysts for the hydrogen evolution reaction: from dynamic reconstruction to rational designOpen Access

　　

析氢反应(HER)是绿色制氢的核心，但其迟缓的动力学对能量转换效率构成了根本性限制。催化剂设计正在经历从静态优化向动态控制的范式转变，因为催化活性相常在还原电位下原位出现，由此产生了“预催化剂”的概念。虽然析氧反应(OER)中的氧化重构已被广泛研究，但HER条件下预催化剂的还原重构涉及金属-氢(M–H)化学，其机理仍难以捉摸。本综述提出了针对HER预催化剂的“动态重构到理性设计”框架，考察了重构途径，剖析了外在-内在驱动力（电位、pH对比电子结构和缺陷），并提炼了预编码目标活性相的策略（缺陷工程、化学态调控等）。研究人员进一步强调了多模态operando表征与多尺度计算的方法论协同，并认为HER重构是一个热力学驱动的、化学可预编程的演化过程，而非偶然现象。这种以重构为中心的观点提供了一种超越HER、可延伸至其他还原性电催化系统的设计逻辑。

**1 引言**

绿色氢能生产通过水电解实现，其效率受限于阴极析氢反应(HER)的缓慢动力学。HER是碱性水电解(AWE)、质子交换膜水电解(PEMWE)和阴离子交换膜水电解(AEMWE)等主要水电解技术的共同阴极端半反应。近年来，operando和in situ表征技术的进展推动了从稳态描述向动态结构演化精确追踪的范式转变，由此产生了HER“预催化剂”概念。与析氧反应(OER)中已被广泛研究的氧化重构不同，HER条件下的还原重构涉及金属-氢(M–H)化学，在机理上仍难以捉摸。本综述旨在建立针对HER预催化剂的“动态重构到理性设计”整体框架。

**2 HER预催化剂的重构途径与机理**

重构是偏压条件下发生的动态结构响应过程，可产生三类不同结果：收敛至稳定活性工作相、过度重构导致失活、或达到亚稳态后逐渐失活。此外，重构区别于可逆