Space Charge, Modulating the Catalytic Activity of Single-Atom Metal Catalysts

化学 催化作用 电荷(物理) Atom(片上系统) 金属 空格(标点符号) 化学物理 量子力学 有机化学 物理 语言学 哲学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Hansol Choi,Seung‐Jae Shin,Geunsu Bae,Junsic Cho,Man Ho Han,Moulay Tahar Sougrati,Frédéric Jaouen,Kug‐Seung Lee,Hyung‐Suk Oh,Hyungjun Kim,Chang Hyuck Choi
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (16): 13220-13228 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.4c17413
摘要

Potential-induced electrode charging is a prerequisite to initiate electrochemical reactions at the electrode-electrolyte interface. The 'interface space charge' could dramatically alter the reaction environment and the charge density of the active site, both of which potentially affect the electrochemical activity. However, our understanding of the electrocatalytic role of space charge has been limited. Here, we separately modulate the amount of space charge (characterized by the areal density, σ) with maintaining the electrochemical potential for the oxygen reduction reaction (ORR) at the same level, by exploiting the unique structural feature of MeNC. We reveal that changes in σ control the ORR activity, which is computationally explained by the inductive polarization of the charge density at the active sites, affecting their turnover rates. To guide catalyst design including the space charge effect, we develop a new descriptor, explaining the activity trend in various metal centers and pH conditions using a single volcano. These findings offer fresh insights into the role of space charge in electrocatalysis, providing a new framework for optimizing catalyst design and performance.
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