燃料电池作为清洁能源的重要代表,其性能的提升离不开对催化剂的深入研究。而铂基催化剂作为氧还原反应的关键材料,其与离子膜和水形成的界面结构对反应活性有着决定性的影响。
研究内容
本研究旨在探究硫酸根离子在铂/离子膜/水界面上的位置对ORR机制的影响。研究人员结合了密度泛函理论(DFT)、原子模拟(AIMD)和微动力学模拟等多种先进技术发现:
最优三相界面:当硫酸根离子位于亥姆霍兹平面的边缘时,形成了一个最优的三相界面。这种配置提供了更多的活性位点、更强的界面电场以及更连续的氢键网络。
反应速率决定步骤的变化:在这种最优配置下,*OOH的解离成为反应的速率决定步骤,展现了更高的本征ORR活性,理论过电位低至0.11V。
界面干扰效应:相反,当硫酸根离子与铂表面直接接触时,会导致铂表面的d带中心下移,减弱界面电场,破坏氢键网络,从而对ORR产生阻塞效应,过电位升高至0.23V。
作者:
Li Li教授,重庆大学化学化工学院教授,博士生导师。研究方向为电化学催化和新能源材料,主持多项国家级科研项目,发表学术论文20余篇,申请专利5项。
Zidong Wei教授是重庆大学化学化工学院的长江学者特聘教授,专注于电化学反应工程、分子催化和新能源材料化学研究。他发表了300余篇论文,拥有33项授权专利,并出版了相关专著,获得多项科技奖励,享受国务院特殊津贴。
原文:
Influence of the Pt/ionomer/water interface on the oxygen reduction reaction: insights into the micro-three-phase interface S. Jiang, Q. Xiang, Z. Xie, N. Yang, J. Liu, L. Li and Z. Wei, Chem. Sci., 2024, Advance Article , DOI: 10.1039/D4SC06600F