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电解水生成的氢分子中两个氢原子来自同一水分子还是两个? 第1页

  

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两个水分子。

酸性溶液中,氢气来源于H+,不存在此问题;

碱性和中性溶液中,一般认为hydrogen evolution reaction的机理如下:[1]


第一步是水分子的吸附,也就是Volmer reaction:

M+H2O+e−→M−Hads+OH−

其中M是催化剂金属,M-Hads表示在催化剂表面吸附的H原子。

注意,这里水分子中的两个氢原子一个被催化剂吸附,另外一个则以游离的氢氧根离子的形态存在。


第二步根据不同的动力学活性,有两种不同的过程:

1. 电化学脱附机理,也就是Heyrovsky reaction:

M−Hads+M+H2O+e−→2M+H2+OH−

在此过程中,吸附的H原子和水里面的H原子结合形成了氢气。


2. 化学脱附机理,也就是Tafel reaction:

M−Hads+M−Hads→2M+H2

在此过程中,两个吸附的H结合形成了氢气。


不同的反应机理可以通过塔菲尔斜率来检验。

可以看到,根据机理的不同,H2的另外一个H原子要么来源于另一个水分子,要么来源于另一个被吸附的氢原子。无论如何,都不会来自OH-,也就断绝了氢气分子中的两个氢来源于同一个水分子的可能。


注:有兴趣的可以去看看电解水的另外一个半反应,氧析出反应的历程,加深理解。

参考

  1. ^ https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/hydrogen-evolution-reaction



  

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