Fundamental Mechanistic Understanding of Electrocatalysis of Oxygen Reduction on Pt and Non-Pt Surfaces: Acid versus Alkaline Media

电子转移 化学 电催化剂 电化学 铂金 吸附 过氧化物 外层电子转移 催化作用 无机化学 内球面电子转移 电解质 金属 光化学 电极 离子 有机化学 物理化学
作者
Nagappan Ramaswamy,Sanjeev Mukerjee
出处
期刊:Advances in Physical Chemistry [Hindawi Limited]
卷期号:2012: 1-17 被引量:402
标识
DOI:10.1155/2012/491604
摘要

Complex electrochemical reactions such as Oxygen Reduction Reaction (ORR) involving multi-electron transfer is an electrocatalytic inner-sphere electron transfer process that exhibit strong dependence on the nature of the electrode surface. This criterion (along with required stability in acidic electrolytes) has largely limited ORR catalysts to the platinum-based surfaces. New evidence in alkaline media, discussed here, throws light on the involvement of surface-independent outer-sphere electron transfer component in the overall electrocatalytic process. This surface non-specificity gives rise to the possibility of using a wide-range of non-noble metal surfaces as electrode materials for ORR in alkaline media. However, this outer-sphere process predominantly leads only to peroxide intermediate as the final product. The importance of promoting the electrocatalytic inner-sphere electron transfer by facilitation of direct adsorption of molecular oxygen on the active site is emphasized by using pyrolyzed metal porphyrins as electrocatalysts. A comparison of ORR reaction mechanisms between acidic and alkaline conditions is elucidated here. The primary advantage of performing ORR in alkaline media is found to be the enhanced activation of the peroxide intermediate on the active site that enables the complete four-electron transfer. ORR reaction schemes involving both outer- and inner-sphere electron transfer mechanisms are proposed.

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