Unifying the Cation Effects in Alkaline Hydrogen Evolution Reaction through Atomistic Simulations

动力学 电解质 催化作用 离解(化学) 化学 位阻效应 离子键合 分子动力学 氢 化学物理 化学动力学 从头算 计算化学 热力学 氢键 离子 分解水 平均力势 物理化学 从头算量子化学方法 动能 离子液体 溶剂模型
作者
Ao Chen,Ying Wang,Xue Wang,Xiao-Hui Yang,Yongbo Kuang,Jia-Bo Le
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (2): 1708-1718 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c08119
摘要

Tuning the electrolyte composition provides an effective route to regulate interfacial electrocatalytic kinetics and optimize catalytic performance. Here, we systematically investigate the microscopic mechanisms by which Li +, Na +, and K + influence alkaline hydrogen evolution reaction (HER) kinetics at the Pt(100)/aqueous interface, with particular focus on the Volmer step and interfacial OH – migration. We evaluated the Volmer step kinetics using constrained ab initio molecular dynamics and free energy perturbation methods to calculate interfacial reaction barriers and water acidity constants. All three cations accelerate the Volmer process, while Li + -hydrated water shows the lowest acidity, thereby facilitating water dissociation within its hydration shell. In comparison, Na + and K + enhance HER by forming multication-coordinated interfacial water structures that stabilize the generated OH – species. The kinetics of interfacial OH – migration were further analyzed by monitoring the hydrogen-bond network between the primary and secondary water layers. Molecular dynamics simulations reveal that cations with larger ionic radii and higher concentrations weaken interfacial hydrogen bonding due to steric hindrance, thereby slowing OH – migration, particularly in K + -rich environments. Additionally, the solution pH modulates the potential scale, further influencing the kinetics of alkaline HER. Based on these insights, we establish a unified theoretical model that integrates both Volmer reaction and OH – migration kinetics, successfully rationalizing the experimentally observed dependence of alkaline HER activity on cation species, electrolyte concentration, and solution pH.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
null的应助被走丢的六号肠采纳,获得10
刚刚
刚刚
羊羊发布了新的文献求助100
1秒前
热美丽发布了新的文献求助10
1秒前
好家伙发布了新的文献求助10
1秒前
淡然的新晴完成签到,获得积分0
1秒前
2秒前
2秒前
3秒前
Rio发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
科研通AI6.4的应助被自觉平露采纳,获得10
4秒前
4秒前
Joshua发布了新的文献求助10
5秒前
liangyao发布了新的文献求助10
6秒前
ZFS发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
娃娃哈发布了新的文献求助10
7秒前
谢迎波发布了新的文献求助10
7秒前
Patti发布了新的文献求助30
8秒前
科研通AI6.4的应助被li采纳,获得10
9秒前
积极的豌豆完成签到,获得积分10
9秒前
11秒前
yp777完成签到,获得积分10
11秒前
思源的应助被哈哈哈采纳,获得10
11秒前
12秒前
12秒前
12秒前
难过台灯完成签到,获得积分10
12秒前
long完成签到,获得积分10
12秒前
李健的应助被积极的豌豆采纳,获得10
12秒前
12秒前
13秒前
13秒前
13秒前
Patti完成签到,获得积分20
14秒前
12完成签到,获得积分10
15秒前
15秒前
65935604完成签到,获得积分10
15秒前
wck完成签到,获得积分20
16秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Das Matthäusevangelium: Kapitel 1:1–17 1000
IRTSD: Open-Source Data and Toolset for Electromagnetic Transient Analysis of Disturbances and IBR Control Malfunctions in Transmission Systems 1000
Comprehensive Medicinal Chemistry IV (4th Edition) 800
Entre Praga y Madrid : los contactos checoslovaco-españoles (1948-1977) 600
A REVIEW OF THE V-22 DYNAMICS VALIDATION PROGRAM 600
Les Mots du discours 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8120626
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9525436
关于积分的说明 21556217
捐赠科研通 7699223
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3415163
关于科研通互助平台的介绍 2540960
邀请新用户注册赠送积分活动 2455424