過電位，亦稱超電勢、過電勢，是指在電催化或光電催化反應(yīng)過程中，達到一定電流密度時所需實際電壓超過理論電壓的部分。 

理想的狀態(tài)下，電催化或光電催化反應(yīng)所需的運行電位即為平衡狀態(tài)下的電位。然而，實際反應(yīng)中的工作電位往往需要克服動力學(xué)過程的阻礙從而表現(xiàn)出高于平衡電位的數(shù)值，超出理論值的電壓稱為過電位，主要用來克服活化電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻等其他電阻[1]。 

簡單地理解，過電位是指電流密度達到指定水平時的實際電位與平衡電位的差值，它直接地反應(yīng)電催化或光電催化反應(yīng)的催化活性。 

根據(jù)能斯特方程[2]，實際工作電位E可以表示為：

E：實際反應(yīng)的工作電位 

E0：反應(yīng)的標準電位 

T：絕對零度（273.15℃） 

R：理想氣體常數(shù) 

F：法拉第常數(shù)（96485 C/mol） 

N：反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù) 

C0：氧化產(chǎn)物的濃度 

CR：還原產(chǎn)物的濃度

過電位基本公式可表示為：

：過電位 

：實際電位 

：理論電位

理論上來講，過電位越接近于0 V，催化劑的性能越好，達到相對電流密度所需的實際電壓越低，耗能相對越小，催化活性越高[3]。

需要注意的是，在比較不同催化劑的過電位時，一定要指明具體的電流密度，否則比較出的結(jié)果沒有太大意義。 

在具體指明的電流密度下，催化劑的過電位越低，表明其對目標反應(yīng)的催化能力越強，通常選擇電流密度為10 mA/cm-2時的條件下，判斷催化劑的性能。

Fig.1 (a) and (c) Polarization curves[4, 5]; (b) LSV curves[6]; (d) Overpotentials (at 10 mA·cm-2) [5].

參考文獻

[1] Zhu Han, Wang Qingfa*, Gao Guohua*, et al. When Cubic Cobalt Sulfide Meets Layered Molybdenum Disulfide: A Core-Shell System toward Synergetic Electrocatalytic Water Splitting[J]. Advvanced Materials, 2015, 27(32): 4752. 

[2] Bard Allen J, Faulkner Larry R, Leddy Johna, Zoski Cynthia G. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications[B], Department of Chemistry and Biochemistry University of Texas at Austin, Wiley, vol. 12. New York, 2000. 

 [3] S. Anantharaj, S. R. Ede, Subrata Kundu*, et al. Precision and correctness in the evaluation of electrocatalytic water splitting: revisiting activity parameters with a critical assessment[J]. Energy ＆ Environmental Science, 2018, 11:744. 

[4] Priti Sharma,  Debdyuti Mukherjee, Yoel Sasson*, et al. Pd doped carbon nitride (Pd-g-C3N4): an efficient photocatalyst for hydrogenation via an Al-H2O system and an electrocatalyst towards overall water splitting[J]. Green Chemistry, 2022, DOI: 10.1039/d2gc00801g. 

[5] Zhang Ya, Hu Lang, Zhang Yongcai*, et al. NIR Photothermal-Enhanced Electrocatalytic and Photoelectrocatalytic Hydrogen Evolution by Polyaniline/SnS2 Nanocomposites[J]. ACS Applied Nano Materials, 2022, 5, 391. 

[6] Bai Jinwei, Hjinlu*, Wang Lei*, et al. Reduction of Charge Carrier Recombination by Ce Gradient Doping and Surface Polarization for Solar Water Splitting[J]. Chemical Engineering Journal, 2022, 448: 137602.

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