DFT Analysis of Ethanol Electro-Oxidation on Fe(110) and Fe<sub>3</sub>c(110) and Its Correlation with the Stress Corrosion Cracking of Carbon Steel
Notice bibliographique
Résumé
Stress Corrosion Cracking (SCC) of carbon steel in fuel-grade ethanol is typically intergranular in service, but it is nearly always transgranular, in short-term laboratory experiments. While this might be considered an inconvenience, it provides an important clue about the SCC mechanism. The important point is that the transgranular cracking occurs under much milder mechanical conditions than any known form of hydrogen embrittlement in ordinary carbon steel. For this and other reasons, hydrogen is not considered to be the cause of this form of SCC. Transgranular SCC of carbon steel occurs in a very particular set of environments. Anhydrous liquid ammonia, anhydrous ammonia-methanol and CO-CO2-H2O are the key systems to be considered, apart from alcohols. High-temperature water containing oxygen also causes transgranular SCC, but is a less severe environment, probably because a magnetite film imposes a compressive stress that partially opposes any embrittlement effect. In our view, the important factor connecting these examples is embrittlement by interstitials. Just as hydrogen can embrittle iron, so can nitrogen or carbon (or oxygen). The main distinction is the diffusivity of the interstitial in iron. Ammonia can be oxidized to N, and CO can be reduced to C (or, in the language of surface chemistry, this could be dissociative adsorption). Still, at ambient temperature, those interstitials can only diffuse a few nm in relevant times of seconds. But we know little about the effect of such near-surface embrittlement on the propagation of a crack, and research on such surface effects is very important. Striking mechanical and morphological similarities of the SCC of carbon steel in ethanolic media with those governed by a cleavage-like mechanism in CO-CO2 aqueous solutions prompted the investigation of the possibility of ethanol electrochemical oxidation into CO on ferrite (Fe) and cementite (Fe3C) surfaces. Density functional theory computations on (110) surfaces revealed that the catalytic activity of Fe and Fe3C through the α dehydrogenation pathway can significantly reduce the energy barrier of electro-oxidation of ethanol and production of CO to 0.575 and 0.480 eV, respectively. These first principle calculations indicate that at the anodic potentials applied during potentiostatic slow strain rate testing, ethanol electro-oxidation to CO is thermodynamically viable on carbon steel, giving further credit to the involvement of cleavage type SCC of carbon steel in ethanolic environments.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».