通常半电池测试ORR催化反应与选择的电化学扫速有关,这限制了人们对ORR机理的理解,并且难以与Pt催化剂对比。有鉴于此,丹麦技术大学Benedikt Axel Brandes教授等报道Pt催化剂的本征催化反应动力学与表面氧之间解耦。
本文要点
(1)
研究发现表面氧的电子效应,~120 mV/dec的Tafel斜率,在900 mV的交换电流密度达到13±4 μA cm-2,活性达到7 mA/cm2。随后,作者发现这种分析能够用于表面重排、合金、担载型Pt纳米粒子等催化剂。通过这种方法能够更加深入的理解半电池和全电池测试之间的差异。
(2)
作者通过理论计算研究中间体的结合能,发现配位数高的氧原子导致表面中间体的结合能降低。最后,得出ORR和OER反应的唯象速率方程(phenomenological rate equation),发现ORR和OER反应遵循相同的反应机理。
参考文献
Brandes, B.A., Krishnan, Y., Buchauer, F.L. et al. Unifying the ORR and OER with surface oxygen and extracting their intrinsic activities on platinum. Nat Commun 15, 7336 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-024-51605-1
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51605-1