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

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