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高性能Pt 3 Sn合金催化剂在氧还原反应中的DFT研究
Computational Materials Science ( IF 3.3 ) Pub Date : 2018-06-01 , DOI: 10.1016/j.commatsci.2018.03.014 Xiujun Wang , Xiaojiang Li , Shijun Liao , Baitao Li
Computational Materials Science ( IF 3.3 ) Pub Date : 2018-06-01 , DOI: 10.1016/j.commatsci.2018.03.014 Xiujun Wang , Xiaojiang Li , Shijun Liao , Baitao Li
摘要 氧还原反应(ORR)是燃料电池阴极发生的多步催化过程。作为传统铂催化剂的替代品,与纯 Pt 催化剂相比,PtSn 基合金催化剂在实验上表现出增强的 ORR 活性。然而,ORR 反应如何在 PtSn 上进行尚不清楚。在此背景下,基于周期密度泛函理论 (DFT) 计算,系统研究了 Pt3Sn (1 1 1) 面的 O2 还原。随着电荷从 Sn 转移到 Pt,d 带中心远离费米能级,电子结构与纯 Pt 完全不同,从而产生配体(电子)效应。ORR 中间体(H、O、OH、O2、OOH、H2O2 和 H2O)物种优选位点、吸附构型、结合能、活性势垒、研究了速率常数、平衡常数。此外,使用爬升图像轻推弹力带(CI-NEB)方法确认了七个基本反应中相应的过渡态,并评估了每个反应步骤中的热力学和动力学性质。在此,DFT 结果表明,在 Pt3Sn(1 1 1) 和 Pt(1 1 1) 表面上,ORR 遵循 OOHad 解离途径(O2ad → OOHad → Oad → OHad → H2Oad)共享相同的机制。发现 (1 1 1) 表面上 ORR 的速率决定步骤是 Oad 氢化反应,该反应需要 Pt3Sn(1 1 1) 表面上 0.66 eV 的活化势垒和纯 Pt(1 1) 表面上 0.77 eV 1) 表面,表明 Sn 的引入显着降低了活化能垒。同样的温度,ORR在Pt3Sn(1 1 1)表面的反应速率比在纯Pt(1 1 1)表面快。我们的热力学和动力学结果验证了锡在提高 ORR 催化活性方面的重要作用。
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更新日期:2018-06-01
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