Determining the hydronium pKα at platinum surfaces and the effect on pH-dependent hydrogen evolution reaction kinetics

塔菲尔方程 氢铵 动力学 电化学 质子化 化学 雷亚克夫 电化学动力学 化学动力学 脱质子化 铂金 分子动力学 无机化学 物理化学 计算化学 分子 催化作用 有机化学 离子 电极 原子间势 物理 量子力学
作者
Guangyan Zhong,Tao Cheng,Aamir Hassan Shah,Chengzhang Wan,Zhihong Huang,Sibo Wang,Tianle Leng,Yu Huang,William A. Goddard,Xiangfeng Duan
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:119 (39) 被引量:35
标识
DOI:10.1073/pnas.2208187119
摘要

Electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) is critical for green hydrogen generation and exhibits distinct pH-dependent kinetics that have been elusive to understand. A molecular-level understanding of the electrochemical interfaces is essential for developing more efficient electrochemical processes. Here we exploit an exclusively surface-specific electrical transport spectroscopy (ETS) approach to probe the Pt-surface water protonation status and experimentally determine the surface hydronium pKa [Formula: see text] 4.3. Quantum mechanics (QM) and reactive dynamics using a reactive force field (ReaxFF) molecular dynamics (RMD) calculations confirm the enrichment of hydroniums (H3O[Formula: see text]) near Pt surface and predict a surface hydronium pKa of 2.5 to 4.4, corroborating the experimental results. Importantly, the observed Pt-surface hydronium pKa correlates well with the pH-dependent HER kinetics, with the protonated surface state at lower pH favoring fast Tafel kinetics with a Tafel slope of 30 mV per decade and the deprotonated surface state at higher pH following Volmer-step limited kinetics with a much higher Tafel slope of 120 mV per decade, offering a robust and precise interpretation of the pH-dependent HER kinetics. These insights may help design improved electrocatalysts for renewable energy conversion.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
张莹发布了新的文献求助30
1秒前
橘子海完成签到,获得积分10
1秒前
sunny发布了新的文献求助10
1秒前
Brooks完成签到,获得积分10
1秒前
科研吴彦祖完成签到,获得积分10
2秒前
毛头侠完成签到,获得积分10
4秒前
眼睛大的安阳完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
现实的如花完成签到 ,获得积分10
5秒前
JW流年完成签到,获得积分10
5秒前
科研通AI6.1应助king19861119采纳,获得10
5秒前
6秒前
ffieqc完成签到 ,获得积分10
6秒前
7秒前
TOM发布了新的文献求助10
9秒前
西西完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
9秒前
CJY发布了新的文献求助10
11秒前
秦善斓完成签到,获得积分10
11秒前
巴斯巴斯完成签到,获得积分10
11秒前
陈平安发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
紫色de泡沫完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
tlqsysu发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
汤姆完成签到,获得积分10
15秒前
16秒前
Hello应助寒冷的迎南采纳,获得20
17秒前
17秒前
17秒前
医学事业完成签到,获得积分10
18秒前
18秒前
汤姆发布了新的文献求助10
19秒前
Rainyin发布了新的文献求助30
19秒前
我是老大应助羊羊羊采纳,获得10
20秒前
_hyl完成签到,获得积分10
20秒前
20秒前
张莹完成签到,获得积分20
22秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 2000
Leading Academic-Practice Partnerships in Nursing and Healthcare: A Paradigm for Change 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Research Methods for Business: A Skill Building Approach, 9th Edition 500
Research Methods for Applied Linguistics 500
Picture Books with Same-sex Parented Families Unintentional Censorship 444
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6413325
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8232272
关于积分的说明 17474264
捐赠科研通 5466019
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2888153
邀请新用户注册赠送积分活动 1864840
关于科研通互助平台的介绍 1703108