Kinetic Isotope Effects Quantify pH-Sensitive Water Dynamics at the Pt Electrode Interface

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作者
Luis Rebollar,Saad Intikhab,Joshua David Snyder,Maureen Han-Mei Tang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:11 (6): 2308-2313 被引量:86
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.0c00185
摘要

The pH-dependent kinetics of the hydrogen oxidation and evolution reactions (HERs and HORs) remain a fundamental conundrum in modern electrochemistry. Recent efforts have focused on the impact of the interfacial water network on the reaction kinetics. In this work, we quantify the importance of interfacial water dynamics on the overall hydrogen reaction kinetics with kinetic isotope effect (KIE) voltammetry experiments on single-crystal Pt(111) and Pt(110). Our results find a surface-sensitive KIE for both the HER and the HOR that is measurable in base but not in acid. Remarkably, the HOR in KOD on Pt(111) yields a KIE of up to 3.4 at moderate overpotentials, greater than any expected secondary KIE values, yet the HOR in DClO 4 yields no measurable KIE. These results provide direct evidence that solvent dynamics play a crucial role in the alkaline but not in the acidic hydrogen reactions, thus reinforcing the importance of “beyond adsorption” phenomena in modern electrocatalysis.
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