Mechanism of Cations Suppressing Proton Diffusion Kinetics for Electrocatalysis

质子 电催化剂 动力学 电化学 质子输运 化学物理 化学 扩散 微电极 物理化学 电极 热力学 物理 量子力学
作者
Xiaoyu Li,Tao Wang,Yu‐Chen Cai,Zhao‐Dong Meng,Jing‐Wen Nan,Jin‐Yu Ye,Jun Yi,Dongping Zhan,Na Tian,Zhi‐You Zhou,Shi‐Gang Sun
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (14) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/anie.202218669
摘要

Proton transfer is crucial for electrocatalysis. Accumulating cations at electrochemical interfaces can alter the proton transfer rate and then tune electrocatalytic performance. However, the mechanism for regulating proton transfer remains ambiguous. Here, we quantify the cation effect on proton diffusion in solution by hydrogen evolution on microelectrodes, revealing the rate can be suppressed by more than 10 times. Different from the prevalent opinions that proton transport is slowed down by modified electric field, we found water structure imposes a more evident effect on kinetics. FTIR test and path integral molecular dynamics simulation indicate that proton prefers to wander within the hydration shell of cations rather than to hop rapidly along water wires. Low connectivity of water networks disrupted by cations corrupts the fast-moving path in bulk water. This study highlights the promising way for regulating proton kinetics via a modified water structure.
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