What Is the Rate-Limiting Step of Oxygen Reduction Reaction on Fe–N–C Catalysts?

化学 催化作用 电化学 速率决定步骤 反应速率常数 吸附 氧气 限制 石墨烯 解吸 无机化学 从头算 电极电位 物理化学 电极 纳米技术 动力学 有机化学 机械工程 物理 材料科学 量子力学 工程类
作者
Saerom Yu,Zachary Levell,Jiang Zhou,Xunhua Zhao,Yuanyue Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (46): 25352-25356 被引量:125
标识
DOI:10.1021/jacs.3c09193
摘要

Oxygen reduction reaction (ORR) is essential to various renewable energy technologies. An important catalyst for ORR is single iron atoms embedded in nitrogen-doped graphene (Fe-N-C). However, the rate-limiting step of the ORR on Fe-N-C is unknown, significantly impeding understanding and improvement. Here, we report the activation energies of all of the steps, calculated by ab initio molecular dynamics simulations under constant electrode potential. In contrast to the common belief that a hydrogenation step limits the reaction rate, we find that the rate-limiting step is oxygen molecule replacing adsorbed water on Fe. This occurs through concerted motion of H2O desorption and O2 adsorption, without leaving the site bare. Interestingly, despite being an apparent "thermal" process that is often considered to be potential-independent, the barrier reduces with the electrode potential. This can be explained by stronger Fe-O2 binding and weaker Fe-H2O binding at a lower potential, due to O2 gaining electrons and H2O donating electrons to the catalyst. Our study offers new insights into the ORR on Fe-N-C and highlights the importance of kinetic studies in heterogeneous electrochemistry.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
feb发布了新的文献求助10
刚刚
陈牛逼完成签到 ,获得积分10
刚刚
子新发布了新的文献求助10
1秒前
酷波er应助谷蓝采纳,获得10
1秒前
金金完成签到,获得积分10
1秒前
领导范儿应助多情嘉懿采纳,获得10
2秒前
3秒前
丸橙发布了新的文献求助10
3秒前
传奇3应助wy采纳,获得10
3秒前
852应助炙热晓露采纳,获得10
3秒前
潮鸣完成签到 ,获得积分10
4秒前
啦啦啦完成签到,获得积分20
4秒前
gzh关闭了gzh文献求助
4秒前
4秒前
5秒前
6秒前
柯凌完成签到 ,获得积分20
6秒前
6秒前
7秒前
八九完成签到,获得积分20
7秒前
犹豫草莓完成签到,获得积分10
7秒前
mama完成签到 ,获得积分10
7秒前
Lucas应助yh采纳,获得10
8秒前
浮游应助子新采纳,获得10
8秒前
啦啦啦发布了新的文献求助10
9秒前
海洋不快乐完成签到,获得积分10
10秒前
Jasper应助丸橙采纳,获得10
10秒前
10秒前
11秒前
木南发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
lcj1014发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
12秒前
nenoaowu应助pahuang采纳,获得30
14秒前
所所应助风中的奎采纳,获得10
15秒前
15秒前
等待听安发布了新的文献求助10
15秒前
16秒前
炙热晓露发布了新的文献求助10
16秒前
高分求助中
Comprehensive Toxicology Fourth Edition 24000
(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
Pipeline and riser loss of containment 2001 - 2020 (PARLOC 2020) 1000
World Nuclear Fuel Report: Global Scenarios for Demand and Supply Availability 2025-2040 800
Handbook of Social and Emotional Learning 800
Risankizumab Versus Ustekinumab For Patients with Moderate to Severe Crohn's Disease: Results from the Phase 3B SEQUENCE Study 600
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5143861
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4341664
关于积分的说明 13521235
捐赠科研通 4182119
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2293295
邀请新用户注册赠送积分活动 1293823
关于科研通互助平台的介绍 1236563