Hacia la comprensión racional de las curvas de polarización de evolución de hidrógeno a través de simulaciones...

Área de la Ciencia:

• Electroquímica computacional
• Electrocatalysis
• Ciencia de superficies

Sus antecedentes:

• La comprensión de los procesos electrocatalíticos heterogéneos requiere la integración de mecanismos de reacción microscópicos y transporte de masa macroscópico.
• La electroquímica computacional actual a menudo pasa por alto los efectos del transporte de masa.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un marco de simulación multiescala para procesos electrocatalíticos.
• Reproducir con precisión las curvas de polarización experimentales para la reacción de evolución de hidrógeno en Au(111).
• Elucidar la influencia del transporte de masa en el rendimiento electrocatalítico en un amplio rango de pH.

Principales métodos:

• Integración de cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) en el gran conjunto canónico.
• Aplicación de modelado microcinético.
• Incorporación de un modelo de transporte de continuo.

Principales resultados:

• Se reprodujeron con éxito las curvas de polarización experimentales para la reacción de evolución de hidrógeno en Au(111) en todo el rango de pH.
• Se reveló la evolución del entorno local dependiente del potencial que rige los mecanismos de reacción.
• Se identificó un equilibrio dinámico entre los cambios locales de pH y las barreras de reacción que controlan las mesetas de corriente.
• Se clasificaron las curvas de polarización en cinco regímenes distintos según los factores que las rigen.

Conclusiones:

• El marco multiescala proporciona información mecanística integral sobre los efectos del transporte de masa en el comportamiento de polarización.
• El modelo reproduce con precisión los resultados experimentales y ofrece una base para optimizar los microentornos.
• Este enfoque permite el diseño racional para procesos electroquímicos eficientes.