研究團隊利用原位表面增強拉曼光譜技術，在電催化析氫反應過程中，對鈀單晶電極/溶液界面水分子的構型及其動態變化過程進行實時監測。研究人員發現，電極/溶液界面除了已知的含有氫鍵的水分子之外，界面上還有一類與陽離子鍵合的水分子。后者在陽離子和負電極電勢協同作用下，無序的水分子排布成更為有序的特殊結構。這種結構可以加速電極與水分子間的電荷轉移，進而極大提升電催化反應析氫的速率，為指導綠色制氫提供新的理論途徑。

研究顯示，這類界面水分子比氫鍵水分子更加接近電極表面，可以提高其和電極表面間的電荷轉移效率，極大提升電催化析氫反應速率。提高陽離子的濃度和價態會進一步增加界面區有序水分子的含量，進一步提高電催化析氫反應速率。

研究還發現單晶電極的晶面結構和電子結構都將影響陽離子鍵合水分子的含量和電催化析氫反應速率，證實了陽離子鍵合水分子加速電催化析氫反應速率具有普適性。該研究從單晶模型體系出發，深入認識界面水分子結構對電催化反應過程的調控機制，解決了困擾電化學領域長期存在的難題。