A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä
Cations Determine the Mechanism and Selectivity of Alkaline Oxygen Reduction Reaction on Pt(111) (2023)
Kumeda, T., Laverdure, L., Honkala, K., Melander, M. M., & Sakaushi, K. (2023). Cations Determine the Mechanism and Selectivity of Alkaline Oxygen Reduction Reaction on Pt(111). Angewandte Chemie, 62(51), Article e202312841. https://doi.org/10.1002/anie.202312841
JYU-tekijät tai -toimittajat
Julkaisun tiedot
Julkaisun kaikki tekijät tai toimittajat: Kumeda, Tomoaki; Laverdure, Laura; Honkala, Karoliina; Melander, Marko M.; Sakaushi, Ken
Lehti tai sarja: Angewandte Chemie
ISSN: 1433-7851
eISSN: 1521-3773
Julkaisuvuosi: 2023
Ilmestymispäivä: 20.11.2023
Volyymi: 62
Lehden numero: 51
Artikkelinumero: e202312841
Kustantaja: Wiley-VCH Verlag
Julkaisumaa: Saksa
Julkaisun kieli: englanti
DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202312841
Julkaisun avoin saatavuus: Avoimesti saatavilla
Julkaisukanavan avoin saatavuus: Osittain avoin julkaisukanava
Julkaisu on rinnakkaistallennettu (JYX): https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/92133
Rinnakkaistallenteen verkko-osoite (pre-print): https://arxiv.org/abs/2205.00719
Tiivistelmä
The proton-coupled electron transfer (PCET) mechanism of the oxygen reduction reaction (ORR) is a long-standing enigma in electrocatalysis. Despite decades of research, the factors determining the microscopic mechanism of ORR-PCET as a function of pH, electrolyte, and electrode potential remain unresolved, even on the prototypical Pt(111) surface. Herein, we integrate advanced experiments, simulations, and theory to uncover the mechanism of the cation effects on alkaline ORR on well-defined Pt(111). We unveil a dual-cation effect where cations simultaneously determine i) the active electrode surface by controlling the formation of Pt−O and Pt−OH overlayers and ii) the competition between inner- and outer-sphere PCET steps. The cation-dependent transition from Pt−O to Pt−OH determines the ORR mechanism, activity, and selectivity. These findings provide direct evidence that the electrolyte affects the ORR mechanism and performance, with important consequences for the practical design of electrochemical systems and computational catalyst screening studies. Our work highlights the importance of complementary insight from experiments and simulations to understand how different components of the electrochemical interface contribute to electrocatalytic processes.
YSO-asiasanat: hapetus-pelkistysreaktio; pelkistys; elektrokatalyysi; platina; pintakemia; sähkökemia
Vapaat asiasanat: constrained DFT; electrocatalysis; energy conversion; kinetic isotope effects; Marcus theory
Liittyvät organisaatiot
Hankkeet, joissa julkaisu on tehty
- CompEL: Sähkökemiallisen hapenpelkistysreaktion ymmärtäminen laskennallisen kemian avulla
- Melander, Marko
- Suomen Akatemia
- Varauksen siirron kinetiikka neste-kiinteä -rajapinnoilla: Sähkökemiallisen energiantuontannon ja -varastoinnin perusmekanismit
- Melander, Marko
- Suomen Akatemia
- Biomassasta saatujen polyolien katalyyttinen ja elektrokatalyyttinen hapetus nesteen ja
kiinteän välisellä rajapinnalla- Honkala, Karoliina
- Suomen Akatemia
OKM-raportointi: Kyllä
VIRTA-lähetysvuosi: 2023
JUFO-taso: 3