Formic acid oxidation on platinum: a simple mechanistic study

文献情報

出版日 2015-07-15
DOI 10.1039/C5CP03045E
インパクトファクター 3.676
著者

Kathleen A. Schwarz, Ravishankar Sundararaman, Thomas P. Moffat, Thomas C. Allison


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要旨

The oxidation of small organic acids on noble metal surfaces under electrocatalytic conditions is important for the operation of fuel cells and is of scientific interest, but the basic reaction mechanisms continue to be a matter of debate. Formic acid oxidation on platinum is one of the simplest of these reactions, yet even this model system remains poorly understood. Historically, proposed mechanisms for the oxidation of formic acid involve the acid molecule as a reactant, but recent studies suggest that the formate anion is the reactant. Ab initio studies of this reaction do not address formate as a possible reactant, likely because of the difficulty of calculating a charged species near a charged solvated surface under potential control. Using the recently-developed joint density functional theory (JDFT) framework for electrochemistry, we perform ab initio calculations on a Pt(111) surface to explore this reaction and help resolve the debate. We find that when a formate anion approaches the platinum surface at typical operating voltages, with H pointing towards the surface, it reacts to form CO2 and adsorbed H with no barrier on a clean Pt surface. This mechanism leads to a reaction rate proportional to formate concentration and number of available platinum sites. Additionally, high coverages of adsorbates lead to large reaction barriers, and consequently, we expect the availability of metal sites to limit the experimentally observed reaction rate.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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