Potential-dependent transition of reaction mechanisms for oxygen evolution on layered double hydroxides

析氧 塔菲尔方程 反应机理 动力学 层状双氢氧化物 催化作用 电化学 化学 化学物理 材料科学 物理化学 物理 电极 生物化学 量子力学
作者
Zeyu Wang,William A. Goddard,Hai Xiao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:116
标识
DOI:10.1038/s41467-023-40011-8
摘要

Oxygen evolution reaction (OER) is of crucial importance to sustainable energy and environmental engineering, and layered double hydroxides (LDHs) are among the most active catalysts for OER in alkaline conditions, but the reaction mechanism for OER on LDHs remains controversial. Distinctive types of reaction mechanisms have been proposed for the O-O coupling in OER, yet they compose a coupled reaction network with competing kinetics dependent on applied potentials. Herein, we combine grand-canonical methods and micro-kinetic modeling to unravel that the nature of dominant mechanism for OER on LDHs transitions among distinctive types as a function of applied potential, and this arises from the interplay among applied potential and competing kinetics in the coupled reaction network. The theory-predicted overpotentials, Tafel slopes, and findings are in agreement with the observations of experiments including isotope labelling. Thus, we establish a computational methodology to identify and elucidate the potential-dependent mechanisms for electrochemical reactions.
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