Microkinetic Modelling of Electrochemical Oxygen Evolution Reaction on Ir(111)@N‐Graphene Surface

过电位 化学 塔菲尔方程 析氧 密度泛函理论 石墨烯 电化学 物理化学 计算化学 纳米技术 材料科学 电极
作者
Adyasa Priyadarsini,Bhabani S. Mallik
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:26 (7): e202400907-e202400907
标识
DOI:10.1002/cphc.202400907
摘要

We have explored the thermodynamics and microkinetic aspects of oxygen evolution catalysis on low loading of Ir(111) on nitrogen-doped graphene at constant potential. The electronic modification induced by N-doping is the reason for the reduced overpotential of OER. The N-induced defect in the charge density is observed with increasing charge-depleted region around the Ir atoms. The lattice contraction shifts the d-band center away from the Fermi level, which increases the barrier for OH* and O* formation on Ir(111) supported on NGr (Ir(111)@NGr). Thus, highly endothermic O* formation reduces the OOH* formation, which is the potential determining step. For comparison, all electronic and binding energy calculations were also performed against Ir NP supported on Gr (Ir(111)@Gr). The stepwise potential-dependent activation barrier ( G a ${{G}_{a}}$ ) was obtained using the charge extrapolation method. The third step remains the RDS in all ranges of water oxidation potentials. The potential dependent G a ${{G}_{a}}$ is further applied to the Eyring rate equation to obtain the current density ( j O E R ${{j}_{OER}}$ ) and correlation between j O E R ${{j}_{OER}}$ and pH dependence, i. e., OH- concentration. The microkinetic j O E R ${{j}_{OER}}$ progression leads to a Tafel slope value of 30 mV dec-1 at pH=14.0, requiring η k i n e t i c = 0 . 33 V ${{\eta }_{kinetic}=0.33\ V}$ .
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