Modeling Electrified Pt(111)-Had/Water Interfaces from Ab Initio Molecular Dynamics

化学物理 分子动力学 化学 电容 电化学 从头算 电极 纳米技术 计算化学 材料科学 物理化学 有机化学
作者
Jia‐Bo Le,Ao Chen,Lang Li,Jing-Fang Xiong,Jinggang Lan,Yun‐Pei Liu,Marcella Iannuzzi,Jun Cheng
出处
期刊:JACS Au [American Chemical Society]
卷期号:1 (5): 569-577 被引量:67
标识
DOI:10.1021/jacsau.1c00108
摘要

Unraveling the atomistic structures of electric double layers (EDL) at electrified interfaces is of paramount importance for understanding the mechanisms of electrocatalytic reactions and rationally designing electrode materials with better performance. Despite numerous efforts dedicated in the past, a molecular level understanding of the EDL is still lacking. Combining the state-of-the-art ab initio molecular dynamics (AIMD) and recently developed computational standard hydrogen electrode (cSHE) method, it is possible to realistically simulate the EDL under well-defined electrochemical conditions. In this work, we report extensive AIMD calculation of the electrified Pt(111)-Had/water interfaces at the saturation coverage of adsorbed hydrogen (Had) corresponding to the typical hydrogen evolution reaction conditions. We calculate the electrode potentials of a series of EDL models with various surface charge densities using the cSHE method and further obtain the Helmholtz capacitance that agrees with experiment. Furthermore, the AIMD simulations allow for detailed structural analyses of the electrified interfaces, such as the distribution of adsorbate Had and the structures of interface water and counterions, which can in turn explain the computed dielectric property of interface water. Our calculation provides valuable molecular insight into the electrified interfaces and a solid basis for understanding a variety of electrochemical processes occurring inside the EDL.

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