1. ORR - 氧还原反应

全称： Oxygen Reduction Reaction

定义： 氧气在电极表面被还原的过程。

反应式 (典型酸性或碱性介质)：

酸性介质： O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O

碱性介质： O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻

发生位置： 阴极 (发生还原反应)

能量流向： 通常发生在放电过程中。

驱动力： 反应自发进行（热力学上有利），但动力学通常较慢，需要催化剂加速。

关键应用：

燃料电池的阴极反应 (消耗氧气，产生水/OH⁻)。

金属空气电池的阴极反应 (如锌空电池)。

核心挑战： 反应动力学缓慢，对催化剂要求高（常用铂基催化剂）。

2. OER - 析氧反应

全称： Oxygen Evolution Reaction

定义： 水在电极表面被氧化，释放出氧气的过程。

反应式 (典型酸性或碱性介质)：

酸性介质： 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻

碱性介质： 4OH⁻ → O₂ + 2H₂O + 4e⁻

发生位置： 阳极 (发生氧化反应)

能量流向： 通常发生在电解或充电过程中。

驱动力： 需要外加电压/电流驱动（非自发反应）。

关键应用：

电解水制氢的阳极半反应 (与 HER 配对)。

可充电金属空气电池充电时的阳极反应 (如给锌空电池充电)。

核心挑战： 反应涉及多步质子-电子转移，动力学极其缓慢，过电位高，是电解水和金属空气电池充电效率的主要瓶颈（常用贵金属 IrO₂, RuO₂ 或过渡金属基催化剂如 NiFe 氧化物）。

3. HER - 析氢反应

全称： Hydrogen Evolution Reaction

定义： 水或质子（H⁺）在电极表面被还原，释放出氢气的过程。

反应式 (典型酸性或碱性介质)：

酸性介质： 2H⁺ + 2e⁻ → H₂

碱性介质： 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻

发生位置： 阴极 (发生还原反应)

能量流向： 发生在电解或充电过程中。

驱动力： 需要外加电压/电流驱动（非自发反应）。

关键应用：

电解水制氢的阴极半反应 (与 OER 配对)。

某些电化学还原过程的副反应（如 CO₂ 还原、电镀中不希望发生的反应）。

核心挑战： 动力学相对 OER 快很多，但仍需高效催化剂降低过电位（常用铂 Pt 及其合金，或寻求廉价的 MoS₂、NiMo 等替代品）。