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Platinum–Water Interaction Induced Interfacial Water Orientation That Governs the pH-Dependent Hydrogen Oxidation Reaction
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2022-11-07 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c02907 Mengting Li 1 , Li Li 1 , Xun Huang 1 , Xueqiang Qi 2 , Mingming Deng 1 , Shangkun Jiang 1 , Zidong Wei 1
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2022-11-07 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c02907 Mengting Li 1 , Li Li 1 , Xun Huang 1 , Xueqiang Qi 2 , Mingming Deng 1 , Shangkun Jiang 1 , Zidong Wei 1
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Understanding the electrode–water interface structure in acid and alkali is crucial to unveiling the underlying mechanism of pH-dependent hydrogen oxidation reaction (HOR) kinetics. In this work, we construct the explicit Pt(111)–H2O interface models in both acid and alkali to investigate the relationship between the HOR mechanism and electrode–electrolyte interface structure using ab initio molecular dynamics and density functional theory. We find that the interfacial water orientation in the outer Helmholtz layer (OHP) induced by the Pt–water interaction governs the pH-dependent HOR kinetics on Pt(111). In alkali, the strong Pt–interfacial water electrostatic interaction behaves as a narrow OHP, which increases the proportion of “H-down” interfacial water and leads to less adsorbed water entering the inner Helmholtz plane (IHP), decreasing the work function of Pt(111). Furthermore, the more “H-down” interfacial water stabilizes the Had adsorption, prevents Had desorption, and suppresses the Volmer step of HOR by forming the solvated [Had···H2O···H2O] complex. Our work provided a visualized molecular-level mechanism to understand the nature of pH-dependent HOR kinetics.
中文翻译：
铂-水相互作用诱导的界面水取向控制 pH 依赖性氢氧化反应
了解酸和碱中的电极-水界面结构对于揭示 pH 依赖性氢氧化反应 (HOR) 动力学的潜在机制至关重要。在这项工作中，我们构建了显式 Pt(111)–H 2酸和碱中的 O 界面模型，使用从头算分子动力学和密度泛函理论研究 HOR 机制与电极-电解质界面结构之间的关系。我们发现由 Pt-水相互作用诱导的外亥姆霍兹层 (OHP) 中的界面水取向控制着 Pt(111) 上的 pH 依赖性 HOR 动力学。在碱中，强的 Pt-界面水静电相互作用表现为窄 OHP，这增加了“H-down”界面水的比例，导致较少的吸附水进入内亥姆霍兹面 (IHP)，降低了 Pt 的功函数（111）。此外，更多的“H-down”界面水稳定了 H ad吸附，防止 H ad脱附，并通过形成溶剂化的[H ad ···H 2 O···H 2 O]络合物来抑制HOR的Volmer步骤。我们的工作提供了一种可视化的分子水平机制来理解 pH 依赖性 HOR 动力学的性质。
更新日期：2022-11-07
中文翻译：
铂-水相互作用诱导的界面水取向控制 pH 依赖性氢氧化反应
了解酸和碱中的电极-水界面结构对于揭示 pH 依赖性氢氧化反应 (HOR) 动力学的潜在机制至关重要。在这项工作中，我们构建了显式 Pt(111)–H 2酸和碱中的 O 界面模型，使用从头算分子动力学和密度泛函理论研究 HOR 机制与电极-电解质界面结构之间的关系。我们发现由 Pt-水相互作用诱导的外亥姆霍兹层 (OHP) 中的界面水取向控制着 Pt(111) 上的 pH 依赖性 HOR 动力学。在碱中，强的 Pt-界面水静电相互作用表现为窄 OHP，这增加了“H-down”界面水的比例，导致较少的吸附水进入内亥姆霍兹面 (IHP)，降低了 Pt 的功函数（111）。此外，更多的“H-down”界面水稳定了 H ad吸附，防止 H ad脱附，并通过形成溶剂化的[H ad ···H 2 O···H 2 O]络合物来抑制HOR的Volmer步骤。我们的工作提供了一种可视化的分子水平机制来理解 pH 依赖性 HOR 动力学的性质。
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