Tafel Kinetics of Electrocatalytic Reactions: From Experiment to First-Principles

塔菲尔方程 电化学 化学 电荷转移系数 动力学 电化学动力学 电催化剂 热力学 化学动力学 密度泛函理论 溶剂化 交换电流密度 计算化学 物理化学 电极 有机化学 分子 物理 循环伏安法 量子力学
作者
Ya-Hui Fang,Zhi‐Pan Liu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:4 (12): 4364-4376 被引量:460
标识
DOI:10.1021/cs501312v
摘要

The Tafel equation is of fundamental importance in electrochemical kinetics, formulating a quantitative relation between the current and the applied electrochemical potential. The recent years have seen the rapid expansion and development in the application of first-principles density functional theory (DFT) simulation on electrocatalytic reactions that occur at the solid–liquid interface. This article reviews the current theoretical methods for electrochemistry modeling, in particular, those for the direct computation of Tafel kinetics of electrocatalytic reactions on surfaces based on DFT calculations. Representative reactions, namely, hydrogen evolution and oxygen evolution reactions, are selected to illustrate how the theoretical methods are applied to compute quantitatively the kinetics of multiple-step electrochemical reactions. We summarize in detail the computation procedure based on the first-principles periodic continuum solvation method for obtaining the charge transfer coefficient (CTC) and deducing the potential-dependent reaction rate. The theoretical results on the Tafel kinetics of electrochemical reactions are generalized and discussed.
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