Oxidation of H<sub>2</sub>, CH<sub>4</sub>, and CO Molecules at the Interface between Nickel and Yttria-Stabilized Zirconia: A Theoretical Study Based on DFT
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Notice bibliographique
Résumé
Activation of fuel molecules (H 2, CH 4, CO) at the anode triple phase boundary (TPB) of a solid oxide fuel cell, modeled by a Ni (nickel)/YSZ (yttria-stabilized zirconia)/fuel interface is investigated using density functional theory. We demonstrate that, by employing ab initio calculations, it is possible to elucidate the mechanisms of electronic charge transfer and current generation as a result of electrochemical oxidation of fuel in the anode TPB. Moreover, we show that an oxygen-enriched YSZ surface (YSZ+O) of the Ni/YSZ cermet is significantly less active toward oxidation of fuel molecules than an oxygen-enriched YSZ surface in the absence of Ni, which is explained by partial saturation of the valence of an extra oxygen atom of the Ni/YSZ cermet. On the other hand, the chemical activity of the Ni part of the cermet is close to that of the infinite Ni surface, even in the proximity to the YSZ. The YSZ+O surface of the cermet is found generally inert, as adsorption of H 2 and CH 4 is associated with high kinetic barriers, whereas CO adsorption is a more favorable, although endothermic reaction. The oxidation of H 2 and CO on Ni after oxygen spillover from the oxide is exothermic, and CH 4 oxidation is mildly endothermic. It is also shown that transfer of hydrogen atoms from Ni to YSZ (hydrogen spillover reactions) with subsequent water formation is another possible scenario of hydrogen oxidation on the YSZ+O surface.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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