Superoxo and Peroxo Complexes on Single-Atom Catalysts: Impact on the Oxygen Evolution Reaction

催化作用 化学 过渡金属 密度泛函理论 氧气 Atom(片上系统) 析氧 光化学 过渡状态 金属 氧原子 计算化学 物理化学 分子 有机化学 计算机科学 嵌入式系统 电极 电化学
作者
Luis A. Cipriano,Giovanni Di Liberto,Gianfranco Pacchioni
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (19): 11682-11691 被引量:54
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c03020
摘要

In this work, we demonstrate the essential role of the formation of superoxo and peroxo complexes on single-atom catalysts (SACs), an aspect that is often neglected in the study of these systems. By means of density functional theory calculations, we consider a representative set of 11 transition metal atoms (Sc, V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pd, Pt) anchored on nitrogen-doped graphene, and we show that most of them form stable superoxo and peroxo intermediates when they react with molecular oxygen. Their formation has a direct impact on the oxygen evolution reaction (OER), and we develop the corresponding microkinetic models showing that this step of the reaction cannot be neglected. Depending on the transition metal atom, the inclusion of the superoxo/peroxo complexes in the analysis of the reaction profile can change the kinetics by several orders of magnitude. This work reveals the important role of dioxygen complexes species in the OER and reinforces the notion of SACs as analogs of coordination compounds.
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