成果展示
質子交換膜燃料電池（Proton-exchange membrane fuel cells, PEMFCs）需要高效的電極-電解質界面來催化氧還原反應（ORR），其動力學取決于表面吸附的能量學和電解質環境。
基于此，荷蘭萊頓大學Marc T. M. Koper（通訊作者）等人報道了非特異性吸附（non-specifically adsorbed, NSA）陰離子對Pt(111)電極上ORR動力學的影響，并且Pt(111)上陰離子濃度的ORR活性趨勢不能基于熱力學氧結合能描述符（即*OH結合能）來合理化。因此，作者引入了一個動力學描述符，其與Pt(111)上*O到*OH轉變的動力學有關，這與酸性和堿性介質中電解質誘導的活性趨勢密切相關。
此外，該動力學描述符還解釋了全氟磺酸（perfluorosulfonic acid, PFSA）離聚物對ORR活性的影響。作者還討論傳統熱力學描述符與本文的動力學描述符的組合如何合理化酸性和堿性介質中階梯式Pt表面的不同ORR活性趨勢。對比傳統的火山（volcano）模型，作者改進的ORR活性的決定增強模型（包括熱力學和動力學因素）更有利于反應的內在復雜性，并為更全面地理解決定Pt表面ORR率的各種因素提供了途徑。
背景介紹
質子交換膜燃料電池（PEMFCs）是一種優異的交通運輸電源，但其運行能量效率仍遠低于83%的熱力學值，主要是因為陰極氧還原反應（ORR）的高過電位。由于鉑（Pt）的高成本和低豐度目前是PEMFCs中ORR不可或缺的催化元素，因此大量研究致力于在組成、結構和幾何形狀方面構建Pt基納米催化劑，實現了基本本征活性和在酸性環境中與行業相關的大規模活性。廣泛采用的ORR描述符是氧或羥基吸附能，其依賴于催化劑的ORR活性在火山圖中，最好的催化劑具有最佳的氧結合能，位于火山的頂部。然而，ORR有多個含氧中間體，它們不能全部獨立優化。因此，打破比例關系面臨巨大挑戰，且取得實驗成功有限。此外，（電）催化反應可能有多個描述符。對于ORR，當涉及到催化劑的性質時，氧結合能似乎是一個很好的描述符，但電解質對ORR活性也有顯著影響，這與該描述符的預測不符。
圖文解讀
Pt(111)的CVs和ORR活性
文獻信息
A kinetic descriptor for the electrolyte effect on the oxygen reduction kinetics on Pt(111). Nature Catalysis, 2022, DOI: 10.1038/s41929-022-00810-6.
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