1、析氢反应材料限制因素

几十年来，困扰科学研究人员设计析氢反应问题主要包括三个方面，第一，对于电化学析氢反应，工业中的运行效率与热力学限制相差很大，第二，电极材料的使用寿命太短，稳定性差（可由电化学动力学参数测量计算得出），循环利用率低，会增加催化制氢材料的成本。第三，相比于贵金属而言，廉价且催化效率高的电化学析氢材料寥寥无几。

2、析氢反应研究进展

到目前为止，已知报道中催化效率优于铂和铂合金的寥寥无几。 然而，地球储铂量低，铂的成本高限制了其在大规模电解水中的应用，并提高了氢燃料制取的成本。 因此，电化学制氢技术的广泛应用需要高效无贵金属电催化剂，近年来引起了人们极大的研究兴趣。尽管近来取得了进展，但大多数无贵金属的HER催化剂只能用于碱性溶液，因为大多数非贵金属过渡金属在酸中快速降解[19]。在碱性电解质中测量电极材料的电化学动力学参数其结果表明:金属电极的活性远低于酸性电解质中的电极活性,而实际情况大多是在碱性或中性条件下的。不同之处在于，在碱性电解质中，氢原子来自水分子的离解，在酸性电解质中是来自质子的放电[20]。在酸性电解质中发展有效和稳定的无贵金属催化剂是特别有意义的，但是这对于催化剂来说也是具有显著挑战性的。目前，大多数酸稳定无贵金属的析氢催化剂是二元化合物，如（MoSx，Mo2C，NiPx和CoPx）。 作为HER催化剂，镍-钼基材料已被长期研究。McCrory等人 研究了基于多种双金属合金的HER催化剂，并揭示了镍-钼合金显示最低的超电势。  Mckone等人[21] 报道了在0.5 M H2SO4中由溶液处理过的钼酸镍前体以非常低的超电势得到的Ni-Mo纳米粉。但是稳定性不令人满意。.令人振奋的是，一些纳米复合材料结合金属镍和钼化合物表现出良好的活性和酸稳定性。众所周知，底物在催化中也起着关键的作用。 包括碳纳米管，石墨烯和多孔碳在内的各种各样的碳纳米结构已经显示出很好的性能，被用作许多电催化剂的基底。而且，碳纳米结构中的杂原子尤其是氮掺杂将进一步改变催化剂的电子结构，优化表面上关键中间体的吸附能。氮掺杂对析氢材料的优化作用已被实验和DFT计算所证实[22-26]（能显著提高稳定性和电催化析氢效率），且使用氮掺杂的石墨纳米管作为镍-钼纳米催化剂的基材。

近年来，负载型催化剂的研制并应用于析氢领域是一大热点。利用电镀技术沉积金属或共沉积金属制备镀层能够得到细致均匀的金属薄层镀层，达到提高微观活性表面积，增大机械强度，增加化学稳定性来改善催化性能，增加催化可能性，为电化学析氢反应工业化提供了新方案[9]。此外，镍合金中除镍合金以外的元素存在能够使析氢超电势降低，这一方法常常用来制备高催化活性材料；镍的复合合金镀层会使得催化活性增加，这也为高催化活性的析氢反应催化剂的制备提供了一种新思路 [27]。因此，镍基材料具有其特定的优势但也存在问题。今后的研究将会围绕如何提高各种镍基电极材料的稳定性和重复利用率，降低电极生产制造价格展开研究。