Pt Single-Atom Catalysis in Carbon Nanotubes as a Platform for Confinement Limited Electrocatalysis

电催化剂 催化作用 碳纳米管 纳米技术 材料科学 Atom(片上系统) 碳原子 碳纤维 化学 电化学 物理化学 有机化学 电极 复合数 嵌入式系统 烷基 复合材料 计算机科学
作者
Shanmugasundaram Manoj,Nagaprasad Reddy Samala,Ilya Grinberg,David Zitoun
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (18): 13877-13882 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c04418
摘要

Nanoconfinement of electrocatalytic reactions is a promising strategy to influence the reaction kinetics. The degree of confinement affects the electronic and mass transport parameters and breaks the scaling laws of surface activity in electrocatalysis. Herein, a strongly confined system has been designed to demonstrate the nanoconfinement effects on the hydrogen oxidation reaction (HOR) in an alkaline medium. Carbon nanotubes (CNTs) with an inner diameter of 14 Å have been filled with a Pt single-atom catalyst (SAC). The kinetics of the HOR reaction in alkaline solution are slowed down by the confinement effect, with a high overpotential observed for Pt SAC in CNT compared with a nonconfined Pt catalyst. This effect was observed to a lower extent in Pt SAC in a CNT with a larger diameter. On the other hand, nanoconfinement does not slow down the kinetics in an acidic medium for any of these three types of catalysts. This phenomenon can be explained by the mass transport limitations of OH– in 14 Å CNT, affecting the Heyrovsky rate-determining step in an alkaline medium; density functional theory calculations confirm the energy barrier for OH– to diffuse in the CNT.
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