段镶锋&黄昱JACS：碱性分解水HER的反应动力学

纳米技术

2024-03-27

目前人们对于碱性环境电催化的Pt催化剂表面缓慢HER动力学的原因并无定论。有鉴于此，加州大学洛杉矶分校段镶锋教授、黄昱教授、Anastassia N. Alexandrova等报道通过循环伏安CV和电输运谱（ETS, electrical transport spectroscopy）表征不同pH环境进行电催化的Pt表面性质，并且从分子级别深入理解碱性HER催化反应动力学与pH之间的关系。

本文要点

（1）

表征发现当pH在7-10区间内，HER的Tafel斜率为~110 mV/dec，当pH在11-13区间内，HER的Tafel斜率为~53 mV/dec，这个结果说明在更高的pH值区间的电催化反应动力学提高。ETS谱表征发现在pH为10附近具有类似的pH值变化规律，这个表征结果说明表面吸附物显著改变。

（2）

通过固定电势计算以及化学键分析，说明产生这种变化的原因是界面水分子取向的变化导致。在pH低于10，水分子构型为O原子朝下；在pH高于10，水分子的构型为H原子朝下。这种水分子构型的变化导致界面水分子的O-H化学键变弱，因此pH更高导致更快速的HER反应动力学。这项研究有助于理解碱性HER电催化反应不正常的pH变化规律。

参考文献

Aamir Hassan Shah, Zisheng Zhang, Chengzhang Wan, Sibo Wang, Ao Zhang, Laiyuan Wang, Anastassia N. Alexandrova*, Yu Huang*, and Xiangfeng Duan*, Platinum Surface Water Orientation Dictates Hydrogen Evolution Reaction Kinetics in Alkaline Media, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.3c12934

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c12934