Electrochemically Quantifying Oxygen Reduction Selectivity in Nonaqueous Electrolytes

选择性 旋转环盘电极 催化作用 化学 电解质 动力学 支撑电解质 循环伏安法 伏安法 无机化学 溶剂 氧化还原 电催化剂 电化学 电极 有机化学 物理化学 物理 量子力学
作者
Deiaa M. Harraz,Sophia Weng,Yogesh Surendranath
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (2): 1462-1469
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c04564
摘要

Understanding the factors that govern the selectivity of the oxygen reduction reaction (ORR) has motivated the study of ORR in nonaqueous media, in which the proton donor can be controlled and molecular catalysts can be solubilized. Rotating ring-disc electrode (RRDE) voltammetry is a powerful method for quantifying ORR selectivity but requires that the ring electrode catalyze H2O2 oxidation at transport-limited rates. While the potentials and ring materials required to satisfy this requirement have been examined for aqueous electrolytes, they have not been systematically investigated for nonaqueous electrolytes despite the growing use of RRDE in these media. Herein, we report that conventional Pt ring electrodes and typical RRDE protocols for nonaqueous media do not give rise to mass-transport-limited H2O2 oxidation kinetics. Instead, H2O2 oxidation is strongly activation-controlled on Pt surfaces with kinetics that depend on the electrolyte and solvent. We identify Au as a superior catalyst for nonaqueous H2O2 oxidation and show that transport-limited H2O2 oxidation can be accessed on high-surface-area Au rings under certain electrolyte conditions. Additionally, we develop a protocol for calibrating and correcting for sluggish H2O2 oxidation kinetics. We show that these two methods provide improved estimates of H2O2 selectivity for ORR catalysis in certain nonaqueous electrolytes.
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