過(guò)電位，亦稱超電勢(shì)、過(guò)電勢(shì)，是指在電催化或光電催化反應(yīng)過(guò)程中，達(dá)到一定電流密度時(shí)所需實(shí)際電壓超過(guò)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(yùn)行電位即為平衡狀態(tài)下的電位。然而，實(shí)際反應(yīng)中的工作電位往往需要克服動(dòng)力學(xué)過(guò)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(guò)電位，主要用來(lái)克服活化電阻和電荷轉(zhuǎn)移電阻等其他電阻[1]。 

簡(jiǎn)單地理解，過(guò)電位是指電流密度達(dá)到水平時(shí)的實(shí)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(shí)際工作電位E可以表示為：

E：實(shí)際反應(yīng)的工作電位 

E0：反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位 

T：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(guò)電位基本公式可表示為：

：過(guò)電位 

：實(shí)際電位 

：理論電位

理論上來(lái)講，過(guò)電位越接近于0 V，催化劑的性能越好，達(dá)到相對(duì)電流密度所需的實(shí)際電壓越低，耗能相對(duì)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(guò)電位時(shí)，一定要指明具體的電流密度，否則比較出的結(jié)果沒(méi)有太大意義。 

在具體指明的電流密度下，催化劑的過(guò)電位越低，表明其對(duì)目標(biāo)反應(yīng)的催化能力越強(qiáng)，通常選擇電流密度為10 mA/cm-2時(shí)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(xiàn)

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[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.