Mejorar la comprensión de la evolución del hidrógeno y las reacciones de oxidación en Pt{111) a través de la...

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de la superficie
• Química computacional

Sus antecedentes:

• La reacción de oxidación del hidrógeno (HOR) y la reacción de evolución del hidrógeno (HER) son cruciales para la conversión de energía del hidrógeno.
• La cinética lenta en medios alcalinos y el papel del hidroxilo de superficie (OH *) siguen siendo objeto de debate.
• La comprensión de los mecanismos de reacción es vital para el desarrollo de catalizadores eficientes.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar el mecanismo de HOR y HER en medios alcalinos.
• Aclarar el papel de las especies hidroxilo superficiales en estas reacciones.
• Identificar estrategias para reducir el exceso de potencial en condiciones alcalinas.

Principales métodos:

• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para obtener perfiles de energía libre dependientes del potencial.
• Simulaciones de cinética transitoria para las curvas de polarización HER/HOR en un rango completo de pH.
• Análisis de sistemas modelo con diferentes energías de unión metal-OH*.

Principales resultados:

• Las simulaciones reproducen con precisión las curvas de polarización HER/HOR experimentales en Pt{\displaystyle Pt{\mathrm {P} }{11}} a través de rangos de pH.
• La vía a través de los iones hidroxilo (OH-) domina la corriente HOR cerca del potencial de inicio, no los hidroxilos de superficie (OH*).
• La cinética alcalina HER/HOR está controlada conjuntamente por los pasos de Tafel y Volmer, a diferencia de las condiciones ácidas controladas únicamente por el paso de Tafel.

Conclusiones:

• Es poco probable que el hidroxilo superficial (OH*) sea un descriptivo de actividad eficaz para el HOR.
• El aumento de la barrera de Volmer en condiciones alcalinas contribuye a la cinética lenta.
• La aceleración del paso Tafel ofrece una estrategia viable para reducir el exceso de potencial de HER/HOR alcalina.