pH Effects on Hydrogen Evolution and Oxidation over Pt(111): Insights from First-Principles

催化作用 化学 材料科学 有机化学
作者
Philomena Schlexer,Aayush R. Singh,Karen Chan
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:9 (7): 6194-6201 被引量:247
标识
DOI:10.1021/acscatal.9b00268
摘要

A long-standing question in electrocatalysis is how the electrolyte pH affects the catalytic activity of proton–electron transfer reactions. A prime example for this is the hydrogen evolution/oxidation reaction (HER/HOR) over metal catalysts. While it has long been established that alkaline conditions result in a more sluggish reaction kinetics than in acidic conditions, the underlying reason for this trend remains contentious. Here, we apply density functional calculations to evaluate prevailing hypotheses for the origin of this effect: shifts in hydrogen binding, proton donor, and water reorganization energy. We present a microkinetic model, based on ab initio reaction energetics of all possible elementary steps. Our model shows a good agreement with experimental trends. We find that with increasing pH, the proton donor changes from hydronium to water. In conclusion, our model suggests that the intrinsically larger barriers for the splitting of water with respect to hydronium are the cause of HER kinetics being slower in alkaline than in acidic media.
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