Unifying theoretical framework for deciphering the oxygen reduction reaction on platinum

文献情報

出版日 2018-04-05
DOI 10.1039/C8CP01315B
インパクトファクター 3.676
著者

Michael Eikerling


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要旨

Rapid conversion of oxygen into water is crucial to the operation of polymer electrolyte fuel cells and other emerging electrochemical energy technologies. Chemisorbed oxygen species play double-edged roles in this reaction, acting as vital intermediates on one hand and site-blockers on the other. Any attempt to decipher the oxygen reduction reaction (ORR) must first relate the formation of oxygen intermediates to basic electronic and electrostatic properties of the catalytic surface, and then link it to parameters of catalyst activity. An approach that accomplishes this feat will be of great utility for catalyst materials development and predictive model formulation of electrode operation. Here, we present a theoretical framework for the multiple interrelated surface phenomena and processes involved, particularly, by incorporating the double-layer effects. It sheds light on the roles of oxygen intermediates and gives out the Tafel slope and exchange current density as continuous functions of electrode potential. Moreover, it develops the concept of a rate determining term, which should replace the concept of a rate determining step for multielectron reactions, and offers a new perspective on the volcano relation of the ORR.

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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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