确认ORR在高潜力区域的速度决定步骤:氧分子在催化剂表面的吸附过程
Jiaxi Zeng1, Jiyuan Lu1, LiLi Zhang1
1Shanghai Engineering Research Center of Hierarchical Nanomaterials, Key Laboratory for Ultrafine Materials of Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering, East China University of Science & Technology, Shanghai 200237, China. jianghaibo@ecust.edu.cn.
研究了-和-催化剂的氧降解反应. PtNi显示了最低的激活能量,表明氧吸附是关键的速度限制步骤.
科学领域:
- 电化学 电化学 电化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 氧降解反应 (ORR) 对燃料电池性能至关重要.
- 了解ORR动力学在低超电位是提高催化剂效率的关键.
- 基于的合金是有前途的ORR催化剂,但它们的机制需要进一步阐明.
研究的目的:
- 为了研究低超电位 (<15 mV与OCP) 的氧降解反应 (ORR) 的动力学.
- 使用PtNi和PtPb催化剂识别ORR的速度决定步骤 (RDS).
- 为了将催化剂电子结构与ORR活动相关联.
主要方法:
- 使用PtNi和PtPb催化剂进行电化学运动研究.
- 对H+和O2的反应顺序的确定2.
- 测量ORR的激活能量.
- 计算最高占成的分子轨道-最低的空置的分子轨道 (HOMO-LUMO) 差距.
主要成果:
- 观察到接近零的H+ (0.05-0.12) 和第一个O2 (0.89-1.02) 的反应顺序.
- 氧吸附被确定为速度决定的步骤.
- 与Pt/C和PtPb相比,PtNi表现出最低的激活能量 (21.81 kJ mol-1).
- 在PtNi中较窄的HOMO-LUMO间隙 (-1.02 eV) 与较低的激活能量相关.
结论:
- 氧吸附是ORR在低超电位条件下的速度决定性步骤.
- 由于其电子结构,特别是更窄的HOMO-LUMO间隙,PtNi表现出优越的ORR动力学.
- 这些发现为设计燃料电池先进的电催化剂提供了洞察力.
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