（1）定义及作用

HER为氢析出反应，指的是水在电极表面转化为氢气的过程。

酸性HER通常认为以吸附态的氢原子（H*）为关键中间体：

* + H⁺ + e^- -> H*

H* + H⁺ + e^- -> H₂ + *   or   H* -> 0.5H₂ + *

这一中间体通过水合质子在电极表面得电子生成。通过研究G(H*)判断过电势。G(H*)越接近0，认为过电势越低。

对于碱性HER，通常认为水分子要首先吸附在催化剂上并发生裂解产生H*，因而往往还要研究水在催化剂表面的裂解能垒。

（2）结果案例展示

案例一：Free energy diagrams of two models for HER processes

说明：For HER, the H* adsorption is the RDS with free energy of −0.11  eV on Co-N4-S3, which is lower than that on Co-N4 (−0.19 eV), suggesting more favorable H* adsorption kinetics enabled by S dopants.

来源文献：DOI: 10.1002/aenm.202002896

案例二：Free energy diagram for HER on the surface of CoCHH and Co3S4

说明：The △G(H*) on CoCHH and Co3S4 is calculated to be 0.47 and 0.67 eV, respectively, indicating that the adsorption of H* on Co3S4 is too strong and it is easier for H* to be converted into H2 from the surface of CoCHH.

来源文献：https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.06.088 

第一性原理计算的基本思想是将多个原子构成的体系看成是由多个电子和原子核组成的系统，并根据量子力学的基本原理对问题进行最大限度的“非经验性”处理。它只需要5个基本常数（m0，e，h，c，kB）就可以计算出体系的能量和电子结构等物理性质。它可以确定已知材料的结构和基础性质，并实现原子级别的精准控制，是现阶段解决实验理论问题和预测新材料结构性能的有力工具。并且，第一性原理计算不需要开展真实的实验，极大地节省了实验成本，现已被广泛应用于化学、物理、生命科学和材料学等领域。

适合的研究方向包括但不限于：催化、电池、半导体、金属材料、非金属材料、合金、纳米材料等

可以计算的体系包括但不限于：晶体、非晶、二维材料、表面、界面、固体等

常用软件：VASP，MS，CP2K，QE等

可以计算的内容包括但不限于：

材料的几何结构参数（如键长、键角、二面角、晶格常数、原子位置等）

材料的电子结构信息（如电荷密度、电荷差分密度、态密度、能带、费米能级、功函数、ELF等）

材料的光学性质（如介电常数等）

材料的力学性质（如弹性模量等）

材料的磁学性质（如磁导率等）

材料的晶格动力学性质（如声子谱等）

材料的表面性质（如吸附能，催化计算等）

复合材料的性质（异质结等内容）等等