Electrolysis of water on (oxidized) metal surfaces

化学 热化学 电化学 分解水 金属 催化作用 电解 密度泛函理论 吸附 化学物理 氧气 电解水 析氧 分子 过渡金属 计算化学 无机化学 电解质 有机化学 电极 物理化学 光催化 生物化学
作者
Jan Rossmeisl,Á. Logadóttir,Jens K. Nørskov
出处
期刊:Chemical Physics [Elsevier BV]
卷期号:319 (1-3): 178-184 被引量:1655
标识
DOI:10.1016/j.chemphys.2005.05.038
摘要

Density functional theory calculations are used as the basis for an analysis of the electrochemical process, where by water is split to form molecular oxygen and hydrogen. We develop a method for obtaining the thermochemistry of the electrochemical water splitting process as a function of the bias directly from the electronic structure calculations. We consider electrodes of Pt(1 1 1) and Au(1 1 1) in detail and then discuss trends for a series of different metals. We show that the difficult step in the water splitting process is the formation of superoxy-type (OOH) species on the surface by the splitting of a water molecule on top an adsorbed oxygen atom. One conclusion is that this is only possible on metal surfaces that are (partly) oxidized. We show that the binding energies of the different intermediates are linearly correlated for a number of metals. In a simple analysis, where the linear relations are assumed to be obeyed exactly, this leads to a universal relationship between the catalytic rate and the oxygen binding energy. Finally, we conclude that for systems obeying these relations, there is a limit to how good a water splitting catalyst an oxidized metal surface can become.
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