如何合理地評估電化學水分解的性能？

電化學水分解包含電化學產氫（hydrogen evolution reaction）和產氧（oxygen evolution reaction）這兩個基礎反應。該領域中，基於電極宏觀麵積的電流密度10mA cm^-2_geo是一個非常重要的性能指標。幾乎所有的科研論文都要用達到10 mAcm^-2 _geo時所需的過電勢（η@10 mAcm^-2_geo）來評價電化學產氫或產氧催化劑的性能。那麼這個標準究竟源自何處

，η@10mA cm^-2 _geo的實際意義是什麼，它又是否可以合理地反映催化劑的本征活性？

近日，新加坡南洋理工大學徐梽川課題組對η@10 mA cm^-2 _geo這個參數的來龍去脈以及適用範圍進行了簡要刨析。10 mA cm^-2 _geo源自於人工光合作用領域（artificial photosynthesis）。10%的光能-氫能轉化率是開發人工光合作用器件的標杆，而這一轉化率恰恰對應著～10 mA cm^-2 _geo這一電流密度。由於電化學水分解是人類實現人工光合作用藍圖的重要組成部分
，10 mA cm^-2 _geo亦被用於評估電化學水分解的器件性能。但是
，η@10 mA cm^-2 _geo並不能體現出催化劑的本征活性。原因之一是η@10 mA cm^-2 _geo很大程度上是由催化劑的負載量決定。放很多催化劑在電極上

，η@10 mA cm^-2 _geo自然就小。第二個原因是，基於電極宏觀麵積的電流密度10 mA cm^-2 _geo忽(hu)視(shi)了(le)電(dian)化(hua)學(xue)催(cui)化(hua)是(shi)一(yi)個(ge)表(biao)麵(mian)過(guo)程(cheng)。催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)本(ben)征(zheng)活(huo)性(xing)應(ying)該(gai)由(you)一(yi)個(ge)基(ji)於(yu)催(cui)化(hua)劑(ji)表(biao)麵(mian)的(de)參(can)數(shu)來(lai)體(ti)現(xian)，例(li)如(ru)活(huo)性(xing)位(wei)點(dian)的(de)數(shu)量(liang)或(huo)者(zhe)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)表(biao)麵(mian)積(ji)。

因此，基於電極宏觀麵積的電流密度10 mA cm^-2 _geo適(shi)用(yong)於(yu)評(ping)價(jia)電(dian)解(jie)水(shui)器(qi)件(jian)的(de)性(xing)能(neng)，而(er)不(bu)適(shi)用(yong)於(yu)評(ping)價(jia)電(dian)極(ji)上(shang)所(suo)負(fu)載(zai)催(cui)化(hua)劑(ji)材(cai)料(liao)的(de)本(ben)征(zheng)活(huo)性(xing)。在(zai)涉(she)及(ji)到(dao)研(yan)究(jiu)催(cui)化(hua)劑(ji)本(ben)征(zheng)活(huo)性(xing)的(de)時(shi)候(hou)，例(li)如(ru)當(dang)我(wo)們(men)試(shi)圖(tu)解(jie)釋(shi)為(wei)什(shen)麼(me)不(bu)同(tong)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)擁(yong)有(you)不(bu)同(tong)活(huo)性(xing)的(de)時(shi)候(hou)，基(ji)於(yu)活(huo)性(xing)位(wei)點(dian)數(shu)量(liang)或(huo)者(zhe)催(cui)化(hua)劑(ji)表(biao)麵(mian)積(ji)的(de)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)才(cai)是(shi)合(he)理(li)的(de)評(ping)價(jia)標(biao)準(zhun)。當(dang)然(ran)，高(gao)效(xiao)的(de)電(dian)解(jie)水(shui)器(qi)件(jian)才(cai)是(shi)這(zhe)一(yi)研(yan)究(jiu)領(ling)域(yu)的(de)終(zhong)極(ji)應(ying)用(yong)目(mu)標(biao)。相(xiang)關(guan)評(ping)論(lun)性(xing)綜(zong)述(shu)文(wen)章(zhang)發(fa)表(biao)在(zai)Small Methods（DOI: 10.1002/smtd.201800168）上。