Open Circuit Potential Decay Transients Quantify Non-Equilibrium Local pH During Electrocatalysis
Notice bibliographique
Résumé
Many key energy conversion reactions are proton-coupled electron transfer (PCET) reactions that consume or generate protons at electrode surfaces. Thus, catalytic turnover can generate non-equilibrium local pH environments at the surface that differ substantially from that of the bulk. Quantitative insight into the magnitude of this interfacial pH swing is a prerequisite for understanding and designing efficient systems for energy conversion, but is difficult to measure, particularly under high current density operation; with complex gas diffusion electrodes (GDEs); and with membrane-decorated surfaces employed in functional devices. Herein, we develop and validate a general methodology for experimentally quantifying interfacial pH swings using open circuit potential (OCP) decay transients. Using this method, we quantify the impact of buffer strength, supporting electrolyte composition, and the presence of cation exchange polymer overlayers on the polarization-induced pH swing on Pt GDEs. We find that modest current densities of −30 mA cm−2 are sufficient to sustain pH swings of > 2 pH units, even for strongly buffered solutions. Meanwhile, the addition of alkali supporting electrolyte to unbuffered, acidic electrolyte can induce pH swings so large that the polarized electrode environment becomes strongly alkaline. The presence of a Nafion polymer overlayer containing fixed anionic charges serves to further augment the interfacial pH swing, resulting in a similar pH swing at half the applied current density. The transport characteristics of these systems were analytically modelled, enabling direct calculation of boundary layer thickness and quantitative prediction of the OCP decay transient. These studies establish methods for quantifying local pH swings and highlight the dramatic variation in local pH relative to the bulk under many electrolyte conditions.
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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 | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 ».