随着全球对清洁能源的需求日益增加，电催化氧析出反应（OER）作为氢气生产和其他可再生能源转化过程中的关键

步骤，受到了广泛的关注。在这一领域，旋转圆盘电极（RDE）装置由于其优越的实验条件和优良的性能，被越来越多的

研究者和工程师所采用。

　　旋转圆盘电极装置的基本原理

　　旋转圆盘电极（RDE）本质上是一个由电极和旋转机制组成的电化学测量装置，其独特之处在于能够通过旋转电极的方

式有效控制电解液中的质传递过程。在进行电化学反应时，电极的旋转导致电解液的流动，增强了物质的传输效率，显著提

高了反应速率。

　　在OER过程中，电极通常涂覆了催化剂材料，这些催化剂材料在电流的作用下，使水分子失去电子，从而形成氧气分子。

由于OER的反应动力学较为复杂，催化剂的选择、反应环境（如pH值、电解质浓度）以及施加的电流密度等因素都会影响

反应的效率和生成气体的质量。

　　电催化氧析出反应（OER）的作用机制详解

　　电催化氧析出反应（OER）是水分解制氢中能耗最高的步骤，其反应路径复杂、能垒高，是制约效率的关键瓶颈。那

么，O₂究竟是怎么从水中“生”出来的？下面我们带你深入了解目前已知的主要反应机制。

　　氧气析出反应机制比较图

　　在碱性介质中，OER的一般反应式如下：

　　4OH⁻→2H₂O+O₂+4e⁻  E⁰=1.23VvsRHE

　　在酸性介质中则为：

　　2H₂O→O₂+4H⁺+4e⁻  E⁰=1.23VvsRHE

　　无论在酸性还是碱性环境，OER都涉及四个电子的转移过程，主要存在几类经典机理：

　　1.AdsorbateEvolutionMechanism（AEM，吸附中间体演化机制）

　　该机制强调表面吸附态中间体（如*OH,*O,*OOH）逐步转化形成O₂，广泛适用于贵金属和过渡金属氧化物。

　　碱性条件下典型的AEM路径如下：

　　OH⁻+*→*OH+e⁻

　　*OH+OH⁻→*O+H₂O+e⁻

　　*O+OH⁻→*OOH+e⁻

　　*OOH+OH⁻→O₂+H₂O+e⁻+*

　　其中*表示催化剂表面活性位点。OER活性与中间体（特别是*OH和*OOH）吸附能密切相关，存在“*吸附

能-活性火山图”关系。

　　2.LatticeOxygenMechanism（LOM，晶格氧参与机制）

　　LOM认为晶格氧可直接参与OER过程，形成过氧中间体或通过氧空位促进O₂生成，常见于具有氧化还原活性的

过渡金属氧化物（如NiFe-LDHs,perovskites）。

　　代表性路径如下：

　　o→*O_lattice（晶格氧）

　　*O_lattice+OH⁻→*OO⁻+H⁺+e⁻

　　*OO⁻→O₂(g)+V_O（氧空位）

　　V_O+OH⁻→*OH（重新填充）

　　该机制打破了传统AEM的吸附能限制，可能带来更高的本征活性，但也伴随催化剂结构稳定性的风险。

　　3.RadicalCouplingMechanism（自由基偶联机制）

　　该机制主要在部分非金属催化剂（如碳基催化剂、石墨氮化碳g-C₃N₄等）上被提出。其基本思想是：在表面形

成了两个OH或O自由基后，两个相邻中间体之间发生偶联生成O–O键，而非传统的逐步转化生成*OOH。

　　示意路径：

　　2*OH→*O+H₂O+e⁻

　　2*O→OO（通过O–O耦合）

　　OO→O₂(g)+2*

　　该机制跳过了能垒较高的*OOH生成步骤，适用于电子结构相对离域的催化表面。

　　4.Dual-SiteMechanism（双位点协同机制）

　　在具有不同金属元素或异质结构的催化剂中，可能存在两种不同类型活性位点协同催化的机制。其中一个位点

吸附OH或O，另一个位点吸附*O或OH⁻，两者之间发生耦合反应。

　　反应模式举例：

　　M₁–OH+M₂–O→M₁+M₂–OOH

　　M₂–OOH→M₂+O₂+H⁺+e⁻

　　5.HydroperoxidePathway（过氧化氢途径）

　　该路径通常在非贵金属催化剂或部分非晶态材料中观察到，即中间产物不是OOH，而是通过生成H₂O₂（过

氧化氢）或其解离物完成O–O键形成。

　　反应路径示意：

　　OH⁻+*→*OH+e⁻

　　*OH+OH⁻→*H₂O₂+e⁻

　　*H₂O₂→O₂+H₂O+*

　　虽然这个路径在碱性环境下较罕见，但在某些低电位或含π共轭体系中存在可能性。