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Enregistrement W3186698096 · doi:10.1149/ma2021-01451823mtgabs

Structure-Dependence of the Atomic-Scale Mechanisms of Pt Electrooxidation and Dissolution

2021· article· en· W3186698096 sur OpenAlexaff
Jakub Drnec, Timo Fuchs, Federico Calle‐Vallejo, Natalie Stubb, Daniel J. S. Sandbeck, Martin Ruge, Serhiy Cherevko, David A. Harrington, Olaf M. Magnussen

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueElectron and X-Ray Spectroscopy Techniques
Établissements canadiensUniversity of Victoria
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésDissolutionPlatinumPerchloric acidOxideDensity functional theoryCatalysisElectrochemistryChemical physicsChemistryAtomic unitsCathodeMaterials scienceInorganic chemistryChemical engineeringElectrodePhysical chemistryComputational chemistryMetallurgy

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

For current low-temperature hydrogen-oxygen fuel cells, as used e.g. in the upcoming generation of commercial fuel cell vehicles, platinum is still the catalyst of choice, especially for the cathode side. However, catalyst lifetime and performance remain a problem for large-scale commercialization. It has been known for some time that electrochemical oxidation and subsequent oxide reduction lead to irreversible structural changes as well platinum dissolution but the fundamental understanding of these complex processes is still rudimentary. A detailed atomistic picture of the steps by which these ultrathin oxide layers form existed up to now only for the close-packed Pt(111) surface [1]. Here, previous in situ studies by surface X-ray diffraction (SXRD) techniques established the precise locations of the first Pt atoms that move out of their lattice sites in a place-exchange process [2] and found good agreement with density functional theory (DFT) calculations [3]. Provided the potential is not too high, these atoms can move back to their original locations, but at higher potentials an irreversible restructuring of the surface occurs. To elucidate the role of the Pt surface structure, we performed in-depth comparative studies of Pt(111) and Pt(100) in perchloric acid solution by in situ SXRD, online inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and DFT [4]. Clear differences were found, which mirror the differences in the dissolution behavior of the two electrode surfaces ( Figure 1a ). Pt(100) not only start to dissolve at lower potential but its oxidation also immediately changes its surface structure in an irreversible manner. These observations demonstrate clearly that Pt dissolution is linked to the way Pt atoms are initially extracted from the surfaces during oxidation. For a better understanding of the extraction process on Pt(100), we performed surface diffraction studies at ESRF ID31 with very high photon energies of 70 keV (HESXRD) [5]. This technique was employed for the first time to a solid-liquid interface and proofed to be indispensable for clarifying the oxide’s structure. The oxidation-induced changes, exemplified in figure 1b for one out of twelve simultaneously measured crystal truncation rods, can be unambiguously assigned to a process in which the extracted Pt atom moves laterally away from its original site. This initiates the immediate extraction of a second atom, leading to the formation of atomic oxide stripes on the surface (see figure 1c ). DFT calculations support this scenario and show that, differently from Pt(111), this mechanism produces unstable surface atoms at stripe ends that can dissolve during the oxidation as well as during the subsequent oxide reduction. Consequently, the extraction process on Pt(100) is irreversible from its very onset. These results show a high sensitivity of Pt electrocatalyst oxidation and degradation to the precise surface structure. Rational strategies for the design of catalysts with improved stability will have to take the different mechanisms into account. [1] J. Drnec, D.A. Harrington, O.M. Magnussen, Curr. Op. Electrochem. , 4 , 69-75 (2017) [2] M. Ruge, et al., J. Electrochem. Soc. , 164 , H608-H614 (2017) [3] M. J. Eslamibidgoli,, M. H. Eikerling, Electrocatalysis , 7 , 345–354 (2016) [4] T. Fuchs, et al., Nat. Catal. , 3 , 754-761 (2020) [5] J. Gustafson, et al., Science , 343 , 758–761 (2014) Figure 1. (a) correlation between Pt(hkl) dissolution and restructuring behavior in 0.1 M HClO 4 . (b) Example of Pt(100) crystal truncation rod changes with increasing oxidation, measured by in situ high-energy surface X-ray diffraction. (c) Pt extraction mechanisms, obtained from DFT calculations (adapted from T. Fuchs, et al., Nat. Catal. , 3 , 754 (2020)). Figure 1

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 distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut 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: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,026
Score d'incertitude au seuil0,314

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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 Opus0,007
Tête enseignante GPT0,244
Écart entre enseignants0,237 · 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 tête enseignante, 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
Publié2021
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Résumé présentoui

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