Computational Screening for Developing Optimal Intermetallic Transition Metal Pt-Based ORR Catalysts at the Predictive Volcano Peak

过电位 金属间化合物 催化作用 过渡金属 三元运算 材料科学 价(化学) 氧还原反应 密度泛函理论 计算机科学 化学 电化学 计算化学 冶金 物理化学 电极 有机化学 生物化学 程序设计语言 合金
作者
Rees B. Rankin,Conor T. Waldt
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:123 (21): 13236-13245 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.8b11494
摘要

Practical development of cost-effective and environmentally sustainable oxygen reduction reaction (ORR) catalysts has not yet been fully realized despite years of effort. Specifically, state-of-the-art ORR catalysts typically require high Pt-loading while still suffering significant overpotential losses and only providing moderate current density. In this work, we present results from new DFT calculations screening a wide range of Pt3(MN)1 ternary catalysts to see the range of values for oxygen adsorption energy (the known ORR volcano plot descriptor) such systems can achieve. Our results identify many promising materials based purely on performance via this descriptor; unfortunately, many of these promising candidates still require a very high loading of rare precious transition metals in the guest (MN) composition role. We have further used our results to generate a predictive fitted model for the ORR descriptor value itself based on the normalized valence and mass of a given fcc(111) Pt3(MN)1 surface compared to Pt(111). This predictive model is presented to help illustrate and guide the selection of further candidate systems in the continued search for the rational design of cost-effective, high-performance Pt-based ORR catalysts.
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