水系电池（ABs）因其固有的安全性和低成本而受到越来越多的关注。然而，其负极有害的析氢反应（HER）对ABs的稳定安全运行产生了严峻的挑战。

近日，南开大学陶占良教授，中科大任晓迪教授报道了首次从热力学角度提出了一种通过调控水分子的氢键（H-键）结构来降低ABs中的HER的新策略。

文章要点

1）研究发现，在水溶液（如2 m NaClO₄溶液）中加入摩尔分数为0.5的二甲基亚砜（DMSO），可使HER的起始电位延迟1.0 V（在钛网上）。
2）光谱表征、量子化学计算和分子动力学模拟（MD）结果表明，水分子中的所有氢原子都以DMSO−H₂O H-键网络形式存在，有效地降低了水分子的活性。此外，DMSO直接进入阳离子溶剂化鞘层取代部分配位水分子，从而有效抑制了它们参与界面电化学反应。

3）由于该策略大大抑制了水溶液中的HER副反应，从而可以有效地进行Na₃V₂(PO₄)₃负极材料的V²⁺ ↔ V³⁺反应，这在常规水溶液（如2m NaClO4溶液）中无法进行。

参考文献

Qingshun Nian, et al, Designing Electrolyte Structure to Suppress Hydrogen Evolution Reaction in Aqueous Batteries, ACS Energy Lett. 2021

DOI: 10.1021/acsenergylett.1c00833

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c00833