Происхождение перенапряжения при восстановлении кислорода на катоде топливного элемента

Мы представляем метод расчёта стабильности промежуточных частиц электрохимических реакций на основе расчётов электронной структуры. Сочетая этот метод с подробными расчётами в рамках теории функционала плотности, мы построили детальную картину свободноэнергетического ландшафта электрохимического восстановления кислорода на Pt(111) в зависимости от приложенного потенциала. Это позволило установить происхождение перенапряжения в данной реакции. Вблизи равновесного потенциала адсорбированные кислород и гидроксил оказались очень стабильными промежуточными частицами; рассчитанная константа скорости активированного переноса протона и электрона к адсорбированным кислороду или гидроксилу количественно объясняет наблюдаемую кинетику. На основе базы рассчитанных энергий адсорбции кислорода и гидроксила удалось объяснить закономерности скорости восстановления кислорода на многих переходных и благородных металлах. Были также рассмотрены альтернативные механизмы реакции с переносом протона и электрона к адсорбированному молекулярному кислороду; для наиболее благородных металлов преобладает пероксидный механизм. Модель указывает на возможные пути улучшения электрокаталитических свойств катодов топливных элементов.