Vedynkehitysreaktio (engl. Hydrogen evolution reaction, HER) on kemiallinen reaktio, jonka tuotteena syntyy vetykaasua. Veden elektrolyysissä vedynkehitysreaktio on katodielektrodin reaktio, jossa yksittäiset vetyatomit adsorboituvat ja pelkistyvät elektrodin pinnalle, rekombinoituvat molekylaariseksi vedyksi ja desorboituvat pinnalta. Vedynkehitysreaktion katalyyteillä on ratkaiseva asema vedyn tuotannon hyötysuhteeseen vetytalous-konsepteissa. Uusiutuvalla energialla tuotettua vetykaasua voidaan käyttää energian varastoimiseksi, teollisuuskemikaalien, kuten ammoniakin, valmistamiseksi tai sitä voidaan jatkojalostaa e-polttoaineiksi kuten metanoliksi.
Vedynkehitysreaktio veden elektrolyysissä Vedynkehitysreaktiolla on kaksi eri reaktiopolkua. Volmer—Volmer—Tafel-reaktiopolku koostuu kahdesta Volmer-vaiheesta, joissa elektrolyytin protoni adsorboituu ja pelkistyy katodin pinnalle, ja näitä seuraavasta Tafel-vaiheesta, jossa kaksi adsorboitunutta vetyatomia rekombinoituu H-molekyyliksi ja desorboituu. Volmer—Heyrovský-reaktiopolussa Volmer-vaihetta seuraa Heyrovský-vaihe, jolloin adsorboitunut vetyatomi ja elektrolyytin protoni rekombinoituvat samalla kun protoni saa elektronin elektronilta ja pelkistyy.
Vedynkehitysreaktio hapokkaassa elektrolyytissä pienoiskuva|300x300px|Vedynkehitysreaktion reaktiopolut hapokkaassa ympäristössä Vedynkehitysreaktion reaktiopolut vaihtelevat elektrolyytin pH-arvon mukaan, sillä hapokkaassa elektrolyytissä on paljon vapaita protoneita kun taas emäksisessä elektrolyytissä on merkittävä protonivaje. Hapokkaassa elektrolyytissä Volmer-vaiheen reaktio on H+ + e- → Hads, Tafel-vaiheen reaktio on Hads + Hads → H2 ja Heyrovský-vaiheen reaktio on Hads + H+ + e- → H2. Vedynkehitysreaktio emäksisessä elektrolyytissä pienoiskuva|300x300px|Vedynkehitysreaktion reaktiopolut emäksisessä ympäristössä. Toisin kuin hapokkaassa elektrolyytissä, emäksisessä elektrolyytissä ei ole juurikaan vapaita protoneja, jotka voisivat adsorboitua ja pelkistyä Volmer-vaiheessa, vaan protonit vapautuvat HO-molekyylien pilkkoutumisesta hydroksidi-ioniin ja protoniin. Näin ollen reaktiopolun vaiheet ovat emäksisessä veden elektrolyysissä erilaiset. Volmer-vaiheen reaktio on tällöin H2O + e- → Hads + OH-, Tafel-vaiheen reaktio on Hads + Hads → H2 ja Heyrovský-vaiheen reaktio on Hads + H2O + e- → H2 + OH-.
Vedynkehitysreaktion katalyytit Vedynkehitysreaktion reaktionopeus riippuu reaktion hitaimmasta vaiheesta. Hapokkaassa elektrolyytissä protonien adsorboituminen Volmer-vaiheessa on nopeaa ja tällöin hitaimmat osavaiheet ovat Tafel- tai Heyrovský-vaihe reaktiopolusta riippuen. Sen sijaan emäksisessä elektrolyytissä Volmer-vaihe sisältää myös vesimolekyylien pilkkomisen hydroksidi-ioniksi ja adsorboituvaksi protoniksi, ja tämä vaihe on rekombinoitumisvaiheisiin nähden hidas. Erilaiset katalyyttimateriaalit pyrkivät nopeuttamaan reaktiota rajoittavaa vaihetta reaktionopeuden nostamiseksi. Vedynkehitysreaktion kohdalla platina- ja palladiumpohjaiset elektrodit ovat parhaita katalyyttejä johtuen sopivasta sidosenergiasta metalliatomien ja adsorboituneiden vetyatomien välillä.
Katso myös Vetytalous Elektrolyysi
Lähteet
Luokka:Vety Luokka:Kemialliset reaktiot