Interfacial solvation pre-organizes the transition state of the oxygen evolution reaction

化学 溶剂化 活化能 催化作用 阿累尼乌斯方程 化学物理 反作用坐标 放松(心理学) 过渡状态 物理化学 分子 有机化学 心理学 社会心理学
作者
Ricardo Martínez‐Hincapié,Janis Timoshenko,T. Wagner,Eduardo Ortega,Jody Druce,Mariana C. O. Monteiro,Martina Rüscher,Joonbaek Jang,Elif Öykü Alagöz,Samuele Lasagna,Leon Jacobse,Arno Bergmann,Beatriz Roldán Cuenya,Sebastian Z. Oener
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:18 (5): 835-843 被引量:15
标识
DOI:10.1038/s41557-025-01932-7
摘要

The sluggish kinetics of the oxygen evolution reaction are an energetic bottleneck for green hydrogen production via water electrolysis. The reaction proceeds over a surface that undergoes (frustrated) phase transitions to accommodate bias-dependent excess charge. Here we perform Arrhenius analysis of common catalysts and correlate the activation energy and pre-exponential factor with the oxide's structural adaptation via operando X-ray absorption spectroscopy and high-energy X-ray diffraction. We observe that the kinetics switch from a regime that is probably dominated by interfacial solvation to one where the surface energetics take over. This happens right at a transition potential between the α or β phases into the γ-crystal structure of Ni (oxy)hydroxides and when spectroscopic fingerprints of key intermediates emerge. Importantly, this turning potential is independent of the loading or the surface area and informs on the intrinsic catalyst activity. These results suggest that the catalyst activity is intrinsically linked to the initial interfacial solvation (pre-)step.
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