Understanding pH-Dependent Oxygen Reduction Reaction on Metal Alloy Catalysts

催化作用 氧还原反应 化学 金属 合金 氧气 还原(数学) 无机化学 材料科学 电化学 有机化学 物理化学 几何学 电极 数学
作者
Xinnan Mao,Lu Wang,Youyong Li
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (7): 5429-5435 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c00461
摘要

Exploring low-cost and high-efficiency catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) kinetics in both acidic and alkaline environments could dramatically improve the efficiency of hydrogen fuel cells and their industrial applications. During the electrochemical process, the effect of pH is a complicating factor and is of great importance in identifying high-efficiency electrocatalysts. In this work, we conducted systematic computations to gain a deep understanding of the pH-dependent ORR activity on Pt, Pd, and their near-surface alloys (NSAs). The effects of pH were calculated by employing the double-reference method, and our calculated pH-dependent current densities are in good agreement with the experimental results. High-throughput calculations identified a series of NSA catalysts with superior ORR performance under acidic or alkaline conditions, and we have developed a pH-corrected theoretical model to efficiently estimate the ORR activity on metal catalysts. This work underscores the importance of considering pH effects when evaluating ORR activity from calculations and provides a strategy for designing superior ORR electrocatalysts in acidic and alkaline solutions.

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