Sensitivity Analysis of Electrochemical Double Layer Approximations on Electrokinetic Predictions: Case Study for CO Reduction on Copper

灵敏度(控制系统) 电化学 电动现象 还原(数学) 图层(电子) 化学 材料科学 分析化学(期刊) 生物系统 纳米技术 电极 色谱法 冶金 数学 电子工程 工程类 物理化学 生物 几何学
作者
Andrew Jark-Wah Wong,Bolton Tran,Naveen Agrawal,Bryan R. Goldsmith,Michael J. Janik
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:128 (26): 10837-10847
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.4c01457
摘要

Density functional theory (DFT) modeling has been useful to electrocatalyst research, yet simulating the complexities of the electrode–electrolyte interface hinders progress in understanding reaction mechanisms and the underlying kinetics. Though many approaches to incorporating electrochemical double layer (EDL) features in DFT calculations have been developed, uncertainty in interfacial solvent properties and the distribution of ions leave the impact of the EDL on electrocatalytic kinetics unclear. Elucidating the sensitivity of DFT predictions to the EDL properties and model is crucial. Herein, we use an analytical Grand Canonical DFT framework (aGC-DFT) to quantify the sensitivity of potential-dependent activation energies to parameters of the EDL, incorporating a Helmholtz EDL model with varying dielectric constant (εr) and EDL width (d). We compute the activation barriers for OC–H, CO–H, and OC–CO bond formation from CO* on Cu. These elementary reactions are critical within the heavily debated reaction mechanism of CO2 reduction and are likely to impact overall activity and product selectivity. We show the aGC-DFT method produces consistent results with explicit GC-DFT calculations, while enabling probing of the EDL model sensitivity at a much lower computational cost. Reaction steps with significant dipole moment changes (i.e., CO–H bond formation) are highly sensitive to the chosen EDL parameters, such that the relative barriers of the OC–H, CO–H, and OC–CO bond formation steps depend significantly on EDL properties. Without knowledge of the interfacial properties of the EDL, there is substantial uncertainty in activation barriers and elementary reaction rates within a DFT analysis of electrocatalytic kinetics.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
风中的奎发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
刚刚
李小伟完成签到,获得积分10
刚刚
不舍天真完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
pingbaby关注了科研通微信公众号
1秒前
李爱国应助chong0919采纳,获得10
1秒前
1秒前
三万五发布了新的文献求助10
2秒前
spencer177发布了新的文献求助10
2秒前
科研通AI6.2应助汪22采纳,获得10
2秒前
科研通AI6.4应助小雨采纳,获得10
2秒前
3秒前
充电宝应助江姜采纳,获得10
3秒前
3秒前
1900yjw完成签到,获得积分10
3秒前
Monster完成签到,获得积分10
3秒前
李健应助默默荔枝采纳,获得10
4秒前
sw123完成签到,获得积分10
4秒前
英姑应助Wendy采纳,获得10
4秒前
Moon发布了新的文献求助20
4秒前
5秒前
5秒前
5秒前
达文西发布了新的文献求助10
5秒前
小二郎应助杨羕采纳,获得30
6秒前
Jessie爱吃鱼完成签到,获得积分10
6秒前
大个应助佩琪小姨采纳,获得10
6秒前
摇了摇头发布了新的文献求助10
6秒前
落寞鞋子发布了新的文献求助20
6秒前
7秒前
CodeCraft应助Wendy采纳,获得10
7秒前
Zoey发布了新的文献求助10
7秒前
孤独幻枫完成签到,获得积分10
8秒前
科研通AI6.1应助李心怡采纳,获得10
9秒前
9秒前
烟花应助叽歪提采纳,获得10
9秒前
Cisyrmine发布了新的文献求助10
9秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
晶种分解过程与铝酸钠溶液混合强度关系的探讨 8888
Les Mantodea de Guyane Insecta, Polyneoptera 2000
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
Leading Academic-Practice Partnerships in Nursing and Healthcare: A Paradigm for Change 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6421758
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8240821
关于积分的说明 17514643
捐赠科研通 5475676
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2892566
邀请新用户注册赠送积分活动 1868949
关于科研通互助平台的介绍 1706360