Surface molecular pump enables ultrahigh catalyst activity

催化作用 物理吸附 电解质 二甲基甲酰胺 解吸 分子动力学 化学工程 铂金 溶剂 化学物理 材料科学 化学 纳米技术 吸附 电极 计算化学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Jin Huang,Bosi Peng,Cheng Zhu,Mingjie Xu,Yang Liu,Zeyan Liu,Jingxuan Zhou,Sibo Wang,Xiangfeng Duan,Hendrik Heinz,Yu Huang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:10 (36)
标识
DOI:10.1126/sciadv.ado3942
摘要

The performance of electrocatalysts is critical for renewable energy technologies. While the electrocatalytic activity can be modulated through structural and compositional engineering following the Sabatier principle, the insufficiently explored catalyst-electrolyte interface is promising to promote microkinetic processes such as physisorption and desorption. By combining experimental designs and molecular dynamics simulations with explicit solvent in high accuracy, we demonstrated that dimethylformamide can work as an effective surface molecular pump to facilitate the entrapment of oxygen and outflux of water. Dimethylformamide disrupts the interfacial network of hydrogen bonds, leading to enhanced activity of the oxygen reduction reaction by a factor of 2 to 3. This strategy works generally for platinum-alloy catalysts, and we introduce an optimal model PtCuNi catalyst with an unprecedented specific activity of 21.8 ± 2.1 mA/cm 2 at 0.9 V versus the reversible hydrogen electrode, nearly double the previous record, and an ultrahigh mass activity of 10.7 ± 1.1 A/mg Pt .
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