Standard electrode potential, Tafel equation, and the solvation thermodynamics

溶剂化 标准电极电位 过电位 化学 电荷转移系数 热力学 活度系数 塔菲尔方程 能斯特方程 电极电位 电极 物理化学 电化学 物理 分子 水溶液 循环伏安法 有机化学
作者
Dmitry V. Matyushov
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:130 (23): 234704-234704 被引量:27
标识
DOI:10.1063/1.3152847
摘要

Equilibrium in the electronic subsystem across the solution-metal interface is considered to connect the standard electrode potential to the statistics of localized electronic states in solution. We argue that a correct derivation of the Nernst equation for the electrode potential requires a careful separation of the relevant time scales. An equation for the standard metal potential is derived linking it to the thermodynamics of solvation. The Anderson–Newns model for electronic delocalization between the solution and the electrode is combined with a bilinear model of solute-solvent coupling introducing nonlinear solvation into the theory of heterogeneous electron transfer. We therefore are capable of addressing the question of how nonlinear solvation affects electrochemical observables. The transfer coefficient of electrode kinetics is shown to be equal to the derivative of the free energy, or generalized force, required to shift the unoccupied electronic level in the bulk. The transfer coefficient thus directly quantifies the extent of nonlinear solvation of the redox couple. The current model allows the transfer coefficient to deviate from the value of 0.5 of the linear solvation models at zero electrode overpotential. The electrode current curves become asymmetric in respect to the change in the sign of the electrode overpotential.

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