一、研究背景 

 水性金属腐蚀是现代社会中一个重大的经济问题。其中，镁在电子缺乏（阳极）条件下剧烈溶解，并伴有强烈的析氢现象，这一所谓“异常析氢”的现象，长久以来一直困扰着该领域的科学家们，也是阻碍镁技术发展的一个关键机制。尽管实验研究表明，镁在水中的反应令人困惑且尚未被完全理解，但科学家们一直在努力探索其背后的原因。特别是在阳极极化下，镁溶解的同时表现出极高的析氢速率，这在阴极电位下通常是不可见的。根据巴特勒-沃尔默方程，析氢反应应随电位的增加而指数减少，但“异常析氢反应”却打破了这一规律。 

 二、工作内容 

 本研究通过从头算分子动力学（AIMD）模拟，深入探索了镁在水性电解质中阳极析氢的反应路径。研究揭示了镁表面金属原子与附着的表面羟基团共同溶剂化的反应路径，这一路径完全绕过了氢氧化物膜的钝化性质，从而支持了持续的水解离吸附，解释了阳极异常析氢的原因。研究还提出了一个模型，解释了镁溶解和通过单价镁离子产生的异常析氢反应（HER）。该模型从羟基化的表面开始，存在两种不同的反应路径。一种是羟基化的扭结原子首先电离，触发异常阳极析氢反应（HER）。另一种是形成[Mg(OH)(aq)]++离子复合物，该复合物在电解液中还原其他物种，如H+(aq)，并氧化为Mg(aq)2+。这一发现为理解实验观察到的氢产生量与电流密度的关系提供了新的视角。 

 三、工作创新点 

 1.发现了镁在水性电解质中阳极析氢的全新且完全意外的反应路径。 

 2.提出的模型能够解释实验观察到的现象，即氢产生量与电流密度的关系。 

 3.揭示了[Mg(OH)(aq)]++离子复合物是异常阳极析氢反应的关键，这一发现挑战了以往对单价镁离子的理解，并提出了其实际上是[Mg(OH)(aq)]++离子复合物的观点。 

 4.研究方法上，采用了从头算分子动力学模拟，考虑了真实金属-水界面的复杂性，为理解镁的腐蚀机制提供了新的视角和工具。 

四、原文信息 

 Florian Deißenbeck, Sudarsan Surendralal, Mira Todorova, Stefan Wippermann, and Jörg Neugebauer, Revealing the Reaction Pathway of Anodic Hydrogen Evolution at Magnesium Surfaces in Aqueous Electrolytes, Journal of the American Chemical Society, DOI: 10.1021/jacs.4c10086, https://doi.org/10.1021/jacs.4c10086