铂催化剂上的氧还原反应(ORR)是燃料电池的关键。实验中相对ORR活性的定量预测(在1到50倍的范围内)仍然具有挑战性，因为不完整的机制理解和缺乏计算工具来解释活化能(<2.3千卡每摩尔)相关的微小差异。

有鉴于此，科罗拉多大学博尔德分校ProfileHendrik Heinz等人，使用具有界面力场（0.1 千卡/摩尔）的高精度分子动力学 (MD) 模拟，阐明了分子氧在规则和不规则铂表面和纳米结构上的吸附机理，然后采用局部密度泛函理论(DFT)计算。

本文要点

1）使用迄今为止未使用的工具进行 ORR 分析、具有界面力场 (IFF) 的 MD 模拟，对于金属-水-气界面达到 0.005 eV (= 0.1 kcal/mol = 0.2 RT) 的必要精度和可以描述整个纳米级 Pt 催化剂颗粒在数十纳秒内的动力学。

2）相对 ORR 活性由氧气进入铂表面决定，这在很大程度上取决于特定的水吸附层，而电子转移以类似的缓慢速率发生。MD 方法有助于定量预测任何铂纳米结构的相对 ORR 活性，适用于其他催化剂，并使有效的 MD/DFT 方法成为可能。

3）MD 模拟揭示了溶剂和溶质吸附层的作用、O₂ 结合的自由能以及金属表面上 O₂ 吸附的统计数据。利用IFF进行的模拟，结合实验数据和局部DFT计算，由于化学键、可解释参数和已验证的分子间能量的精确表示，产生了对纳米晶体生长、溶剂化效应和其他催化剂的活性的深刻认识。

参考文献：

Shiyi Wang et al. Direct correlation of oxygen adsorption on platinum-electrolyte interfaces with the activity in the oxygen reduction reaction. Science Advances, 2021.

DOI: 10.1126/sciadv.abb1435

http://doi.org/10.1126/sciadv.abb1435