Synergic Effects of Surface Chemistry and Applied Potentials on the Kinetics of the Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction in IrO2

析氧 塔菲尔方程 分解水 化学 催化作用 电催化剂 动力学 溶剂化 物理化学 化学物理 热力学 电化学 离子 电极 物理 生物化学 量子力学 光催化 有机化学
作者
Zeying Zhou,Erjun Kan,Kaiming Deng,Tadashi Ogitsu,Tuan Anh Pham,Cheng Zhan
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (23): 11963-11972 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c02136
摘要

Improving the efficacy of the oxygen evolution reaction (OER) through water oxidation is critical for advancing photoelectrochemical water splitting. Among the catalysts, IrO2 exhibits a high OER catalytic activity and stability under acidic conditions. The OER mechanism in this system has been a topic of intense research; however, many mechanistic understandings are lacking. In this work, we carried out first-principles calculations with an implicit solvation model at a constant potential to study the OER behavior on the IrO2(110) surface. We find that the surface hydrogen coverage has a significant effect on OER kinetics and transition states. We then develop a microkinetics model that accounts for the continuous evolution of both OER activation energy and hydrogen coverage as a function of an applied potential. We show that this inclusion leads to significant improvement in the simulated Tafel plot compared to available experiments. Our results point to a complex interplay between surface chemistry and the applied potential on OER kinetics.
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