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Enregistrement W3026011555 · doi:10.1149/ma2020-01462601mtgabs

Rate Determining Factors in Multi-Step Electrocatalytic Processes

2020· article· en· W3026011555 sur OpenAlexaboutno aff
S. Gottesfeld

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2020
Typearticle
Langueen
DomaineChemistry
ThématiqueElectrochemical Analysis and Applications
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésOverpotentialRedoxNernst equationAdsorptionChemistryActivation energyPolarization (electrochemistry)CatalysisInorganic chemistryPhysical chemistryElectrodeElectrochemistryOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

This paper offers a mechanistic perspective applicable to a range of technically significant electrocatalytic processes , based on measured polarization curves and impedance spectra. The diagnostics offered is based on a comprehensive rate equation which includes a potential dependent pre-exponential factor. A common pattern observed in mechanisms of electrocatalytic processes, involves a step preceding the RDS, that establishes the surface composition required for the onset of the RDS [1,2]. Such “pre-step” can involve activation of surface sites by removal of surface blocking species and/or formation of adsorbed intermediates which serve as reactants in the RDS. Electrically speaking, these “pre-steps” are overpotential-driven surface charging processes, i.e., the current associated with the pre-step is pseudocapacitive in nature. Consequently, the rate of the electrocatalytic process is determined by combined effects of the overpotential on: (i) the catalyst surface composition and, (ii) the activation energy of the RDS. Recognizing that active intermediate formation and/or surface site activation involve switching of a surface redox system, the comprehensive expression for the rate of a cathodic electrocatalytic process, is expected to have the following general form [1,2] : (1) J(Ecath) = Cr g Fk0 A ∗ × f(Ecath−E0 redox)×10ˆ{[− D H# act /2.3RT]−[(Ecath−E◦ cell)/b]} where, f (Ecath−E0 surf. redox) represents the fraction of surface sites in active form at Ecath For a 1e surface redox system obeying the Nernst equation, the fractional population of sites in active form is given by: (2) f(Ecath−E0 redox) = 10ˆ [(F/2.3RT) (Ecath− E0 surf. redox )+1]−1 and the explicit , full expression for J(Ecath), becomes: (3) J(Ecath) = Cr g Fk0 A ∗ × 10ˆ[(F/2.3RT)(Ecath−E0 redox )+1]−1 ×10ˆ{[− D H# act /2.3RT]−[(Ecath−E◦ cell)/b]} The last equation reveals that both types of over-potential driven surface transformation processes --site activation and active intermediate formation-- are expected to leave the same signature in the polarization curve. : a low Tafel slope of ~ 60 mV/decade at lower current densities, gradually transitioning to a slope of ~120mV/decade with increase of the current. We show in this contribution that these two different causes of a lower Tafel slope at low current density, can be distinguished from EIS measurements. In the case of the HOR, a sequence of two steps, taking place ,for example, according to the Heyrovsky-Volmer mechanism, results in two capacitive arcs in the Nyquist plot. In contrast, the EIS reported in the literature in the low current range of the ORR , typically exhibits only one capacitive arc in the frequency range 5kHz- 0.1Hz [ 3 ]. The low Tafel slope observed near the onset potential of the ORR has been ascribed to overpotential-driven removal of a surface blocking oxide formed by water discharge [ 4 ] , however, no spectral feature corresponding to this process could be detected in the EIS spectrum in the frequency range 5kHz- 0.1Hz [3]. This “miss” is resolved when EIS spectra for the ORR are recorded down to significantly lower frequencies [5]. At frequencies under 0.1Hz, the EIS spectrum for the ORR , exhibits an additional, inductive loop . The inductive loop in the EIS observed for the ORR, reflects the slow process of surface oxide reduction which enhances the rate of electron transfer to the dioxygen molecule by increasing the population of active, metal surface sites. Another example of an EIS exhibiting an inductive loop at low frequency , is that recorded for hydrogen oxidation at Pt in the presence of COads [6]. The similar patterns of the spectra for ORR and, for HOR in the presence of COads, provide further support for the assignment of the inductive loop in the EIS for the ORR to slow removal of a site blocking species. These different types of EIS spectra will be further discussed in this talk, with reference to the comprehensive dependence of the rate of multi-step electrocatalytic processes on overpotential . Acknowledgement: This is a contribution to the Electrocatalysis Symposium at the ECS meeting in Montreal , memorizing Andrzej Wieckowski. I remember vividly many technical discussions and very friendly interactions with Andrzej over many years of close acquaintance. References: 1. S. Gottesfeld, in Fuel Cell Science, A. Wieckowski and J.K.Norskov, Eds., John Wiley, (2010), p. vii 2. S. Gottesfeld, J. Electrochem. Soc. 165, J3405-J3412 ( 2018) 3. T.E. Springer, T.A. Zawodzinski, M.S. Wilson and S. Gottesfeld, , J. Electrochem. Soc., 143, 587-599 (1996) 4. F. Uribe , M.S. Wilson, T.E. Springer and S. Gottesfeld, Proceedings Volume 92-11, The ECS Proceedings Series, Pennington, NJ (1992). 5. R. Makharia, M. F. Mathias and D. R. Baker, J. Electrochem. Soc., 152 , A970-A977 (2005) 6. M. Ciureanu and H. WangJ. Electrochem. Soc. , 146 , 4031-4040 (1999)

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,007
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,014

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,007
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,004
Science ouverte0,0030,001
Intégrité de la recherche0,0020,004
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,002

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,031
Tête enseignante GPT0,266
Écart entre enseignants0,235 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2020
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