Ledig dynamik på CO-dækkede Pt (111) elektroder

Platin er uden tvivl det vigtigste elektrokatalysator materiale, ikke kun fordi det er den bedste enkeltelementkatalysator i en række vigtige elektrokatalytiske reaktioner, men også på grund af dens relativt høje stabilitet. Imidlertid, i det ætsende miljø i reelle elektrokatalysesystemer, såsom brændselsceller, selv platin kan strukturelt nedbrydes. I øvrigt, tilstedeværelsen af ​​stærkt adsorberende arter, især kulilte (CO), kan øge disse nedbrydningseffekter betydeligt.

Et team ledet af prof. Chen Yanxia fra University of Science and Technology of China (USTC) i CAS, i samarbejde med prof. Olaf Magnuseen, rapporteret in situ video-STM observationer af yderligere punktdefekter i nærvær af dette dynamiske CO-adlayer. STM -observationer præsenteret i dette arbejde giver direkte indsigt i deres dynamiske adfærd og dannelsesmekanismer. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Kemisk kommunikation den 17. juni.

Adsorberet CO er kendt for at interagere med Pt -elektroder, forårsager en lempelse af Pt-overfladeatomer og en svækkelse af Pt-Pt-bindingen. In situ -scanning tunnelmikroskopi (STM) undersøgelser af Pt (111) i nærvær af opløst CO fandt, at oprindeligt uorden blev transformeret til helt lige (111) trin ved potentiel cykling ind i CO -oxidationsregimet. CO kan øge Pt -overflademobilitet under CO -oxidation, som kan reducere mængden af ​​tilgængelige lavkoordinerede websteder, fører til en omstrukturering af Pt -trinene.

I teamets tidligere arbejde, de studerede atomskala strukturel dynamik af CO-adlayers på Pt (111) elektroder i CO-mættet 0,1 M H ₂ SÅ ₄ ved hjælp af in situ video-rate scanning tunneling mikroskopi (STM) og densitet funktionel teori (DFT).

I det seneste arbejde har deres video-STM-resultater af Pt (111) i CO-mættet 0,1 M H ₂ SÅ ₄ afslørede specifikke defekter inden for det tilsyneladende (1 × 1) -CO adlayer, som vi tildeler ledige stillinger i det øverste Pt -lag. Tilstedeværelsen af ​​disse Pt -ledige stillinger samt de observerede udsving ved Pt -trinnene viser, at selv under meget godartede forhold, dvs. for den særligt stabile Pt (111) elektrodeoverflade i CO-oxidationsregimet, tilstedeværelsen af ​​CO kan forårsage en vis strukturel nedbrydning.

Dermed, CO kan påvirke stabiliteten af ​​Pt -elektrokatalysatorer allerede ved potentialer helt ned til 0,30 VAg/AgCl, som f.eks. kan være relevant i direkte methanol -brændselsceller. Atomskala data opnået ved video-STM giver grundlæggende indsigt i struktur-aktivitet og struktur-stabilitet forhold, hvilket kan bidrage til det vidensbaserede design af bedre Pt-elektrokatalysatorer.

Ud over, deres resultater viser, at dynamikken for individuelle elektrodepunktdefekter for egnede systemer, såsom ledige stillinger, kan undersøges direkte i elektrokemisk miljø.

Den observerede dynamiske adfærd antyder en kompleks interaktion mellem adsorberet CO og overfladestillinger, som også bør påvirke den elektrokemiske reaktivitet af CO og skal undersøges i fremtidige eksperimentelle og teoretiske undersøgelser.