A full understanding of oxygen reduction reaction mechanism on Au(1 1 1) surface

离解(化学) 过电位 化学 催化作用 密度泛函理论 光化学 反应机理 活化能 过氧化氢 物理化学 计算化学 电化学 电极 有机化学
作者
Yang Yang,Changqing Dai,Adrian C. Fisher,Yanchun Shen,Daojian Cheng
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:29 (36): 365201-365201 被引量:9
标识
DOI:10.1088/1361-648x/aa7db6
摘要

Oxygen reduction and hydrogen peroxide reduction are technologically important reactions in energy-conversion devices. In this work, a full understanding of oxygen reduction reaction (ORR) mechanism on Au(1 1 1) surface is investigated by density functional theory (DFT) calculations, including the reaction mechanisms of O2 dissociation, OOH dissociation, and H2O2 dissociation. Among these ORR mechanisms on Au(1 1 1), the activation energy of [Formula: see text] hydrogenation reaction is much lower than that of [Formula: see text] dissociation, indicating that [Formula: see text] hydrogenation reaction is more appropriate at the first step than [Formula: see text] dissociation. In the following, H2O2 can be formed with the lower activation energy compared with the OOH dissociation reaction, and finally H2O2 could be generated as a detectable product due to the high activation energy of H2O2 dissociation reaction. Furthermore, the potential dependent free energy study suggests that the H2O2 formation is thermodynamically favorable up to 0.4 V on Au(1 1 1), reducing the overpotential for 2e - ORR process. And the elementary step of first H2O formation becomes non-spontaneous at 0.4 V, indicating the difficulty of 4e - reduction pathway. Our DFT calculations show that H2O2 can be generated on Au(1 1 1) and the first electron transfer is the rate determining step. Our results show that gold surface could be used as a good catalyst for small-scale manufacture and on-site production of H2O2.
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