：OERORR电催化OERORR研究围绕反应路径量化、活性描述符识别等展开，通过、等工具关联结构与性能，前沿结合和，推动从经验筛选到理性设计，助力能源转化技术发展。
析氧反应（）和氧还原反应（ORR）是电催化领域的核心反应OER。则发生在燃料电极，是OER的逆反应，其反应路径依赖介质：酸性条件下，可通过4e⁻途径生成水或2e⁻途径生成过氧化氢；碱性条件下，4e⁻途径生成氢氧根，2e⁻途径生成过氧氢根。
ORR反应机制的差异是二者性能不对称的核心原因：子–电子转移过程进行，关键中间体为、O、OOH；ORR除AEM外，还存在晶格氧机制和双位点机制，其中OOH的吸附自由能多是决定反应路径选择性的关键参数。
OEROOOOH核心内容
与ORR的核心理论研究围绕反应路径量化、活性描述符识别、电子结构调控及动力学模拟展开，形成了从原子级机制到宏观性能的完整关联体系。
反应路径与自由能计算是解析二者动力学的基础，基于密度泛函理论（，通过比较各步ΔG可确定决速步，为活性优化提供靶点。
，的关键描述符为ΔG_O- ΔG_OH或ΔG_；ORR中，ΔG_是核心描述符，2e⁻路径的理想值约为0.44 eV，4e⁻路径则依赖O与OH的吸附能差。
活性位点与电子结构分析SACsDACs动力学与过渡态模拟进一步量化反应速率：若直接解离能垒较高，而加氢路径能垒较低，故更倾向于加氢机制；微动力学模型结合DFT能垒与电位依赖速率方程，可预测表观活性参数。
典型OER/ORR应用
与ORR的典型应用通过可视化工具与量化分析，直观展现了催化活性与微观结构的关联，为催化剂设计提供了明确指导。
活性描述符与催化性能的核心工具，其功能是通过横坐标与纵坐标的映射，定位最优催化剂。
等人的研究中，OER火山图以吸附自由能变为横轴，过电位为纵轴，颜色梯度表示η增大，顶点对应CoPc等高效催化剂，证实了ΔG作为描述符的有效性；Čolić的ORR火山图以吸附能为横轴，交换电流密度log j₀为纵轴，Pt位于顶点，活性显著优于Ir、Pd等金属，明确了Pt在ORR中的优势源于对的适中吸附强度。
吉布斯自由能图通过Ostadhossein，纵轴为ΔG，结果显示F修饰TiₓNᵧTₓ MXene的决速步势垒显著低于未修饰表面，揭示了修饰通过电子效应优化吸附的机制。
态密度分析则从电ZhangNidDOI：10.1039/d0ta08630d
有机框架高效催化Liu通过设计吡啶型配位的二维有机金属框架（(phen₂N₂) FeCl），实现了高效双功能电催化，为RDOI：计算目标聚焦于开发兼具高与OER活性的材料，传统催化剂往往因OER与ORR对中间体吸附强度的要求冲突难以兼顾，而该研究通过调控FeN₄的电子结构，实现了吸附能的协同优化。
DFT计算关键结果通过自由能图、电子结构分析与火山图定位得以验证：路径中，为决速步，ΔG=1.45 eV，对应过电位η_OER=0.35 V（pH=0）；ORR路径中，OOH形成能垒最低，η_ORR=0.33 V（pH=0），二者过电位差仅0.02 V，展现出优异的双功能特性。
OOH。火山图定位显示，该催化剂Pt/C实验验证进一步证实了理论预测的可靠性，实测η_OER与η_ORR与理论值偏差，TOF比传统Fe-N-C材料高2个数量级，证实了二维有机金属框架中FeN₄位点的高效双功能活性。
破活性冲突提供了可复制的研究思路。
10.1002/adfm.202207110
OER多尺度模拟融合、动态界面解析及理论模型革新，突破传统研究的局限，推动催化机DOI：10.1002/adfm.202203439
DFT图神经网络，计算效率比提升10⁴倍，为高通量筛选提供了利器。
OH当前面临的挑战与未来展望主要集中在三个方面：泛函与量子蒙特卡洛方法可提升精度，但计算成本需升高个数量级。
机器学习泛化能力，小样本数据导致模型在新型催化剂上的预测精度下降，主动学习策略通过迭代补充高信息密度样本，可将模型迁移误差降低，推动机器学习从“interpolation”向“extrapolation”跨越。
这些前沿方向的突破将推动研究从“经验筛选”向“理性设计”转变，为高效电催化体系的开发提供理论支撑。
OER发展历程从早期的自由能分析，逐步拓展至机器学习高通量筛选，形成了多维度、多层次的研究体系。
的核心价值在于建立“结构–电子态–活性”的定量关联：通过自由能图定位决速步，指导活性位点的精准调控；借助火山图与描述符，缩小催化剂筛选范围；利用态密度分析，揭示电子结构对吸附能的调制机制。
当前，计算电化学正朝着“材料基因工程”的目标迈进，通过融合原位计算与多尺度建模，逐步攻克动态界面模拟的难题——如捕捉电位诱导的表面重构、溶剂化效应对中间体的瞬时影响等。
通过理论设计直接指导催化剂合成与器件集成，为燃料电池、电解水等能源转化技术的工业化应用提供核心材料支撑，加速碳中和目标的实现。
