ترجمه آماده مقاله
"DFT study of difference caused by catalyst supports in Pt and Pd catalysis of oxygen reduction reaction"
مطالعه تفاوت DFT ناشی شده از کاتالیستی پشتیبان کاتالیزور و تجزیه Pt و Pd در واکنش کاهش هیدروژن است.
مجله و سال انتشار
Science in China Series B: Chemistry 2009
کلمات کلیدی
density function theory (DFT), catalyst-support interaction, electrocatalysis, oxygen reduction reaction (ORR), carbon, TiO2
لینک دانلود مستقیم مقاله لاتین ترجمه شده
فقط 2 هزار تومان
کاتالیست، دوام و پایداری تبادل غشای پروتون سلول های سوختی اخیرا بعنوان یکی از مسائل و موضوعات مهم شناخته شده است که باید پیش از تجاری ساختن درست شناخته شود. بویژه مسئله پایداری در کاتد PEMFC وجود دارد، جایی که واکنش کاهش اکسیژن (ORR) رخ می دهد. در حال حاضر به طور گسترده ای کاتالیست کاتد مورد استفاده ، پلاتینی در نانو ذرات کوچک است که بر روی ذرات کربن بی شکل (غیر متبلور) پشتیبانی می شود. پایدار اندک کاتالیست توسط از دست دادن سریع و قابل توجه پلاتین الکتروشیمیایی مساحت سطح در طول عملیات منعکس شده است. طرز کار و مکانیزم برای از دست دادن پلاتین در کاتد را می توان به شرح زیل خلاصه کرد: (1) از دست دادن ذرات نانو پلاتین ناشی از خوردگی پشتیبانی (پوشش) کربن، (2) انحلال ذرات کوچک پلاتین و ته نشینی (رسوب) مجدد و شکل گیری ذرات پلاتین بزرگ، (3) تجمع ذرات نانو پلاتین توسط حداقل انرژی سطحی رانده می شود، و (4) انحلال ذرات نانو پلاتین و مهاجرت و انتقال آن به آند، به طور شیمیایی توسط هیدروژن کاسته می شود.
خوردگی پشتیبان و پوشش کربن را می توان با به کار بردن یک پوشش و پشتیبان کاتالیست بسیار مقاوم تر، برای مثال تیوب های نانو کربن، و اکسیدهای فلز نانو، بعنوان یک جانشین برای ذرات کربن بی شکل (غیر متبلور) کاهش داد. انتقال الکترون-d- هایپو اکسیدهای فلز به خاطر پایداری شیمیایی بالایشان، مقاومت خوب در برابر خوردگی، و تعامل و واکنش های قوی فلز و پشتیبان (پوشش) ، که می تواند فعالیت کاتالیست را افزایش دهد، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. اخیراً تلاش ها در بر روی کاهش بارگذاری پلاتین بر روی الکترودها و یا جایگزینی آن با مواد ارزانتر متمرکز شده است. آلیاژ های براساس Pd، بعنوان یک جایگزین امیدوار کننده برای کاتالیزور پلاتین به اثبات رسیده است.
Based on an experimental phenomenon that catalytic activity of Pt and Pd for oxygen reduction reaction
(ORR) changes with catalyst supports from C to TiO2, density function theory (DFT) was used to
elucidate the cause behind the difference in catalysis caused by catalyst supports. First, factors closely
associated with the first electron transfer of the ORR were assessed in the light of quantum chemistry.
Then intermediate (atomic oxygen, O) adsorption strength on the catalyst surface was calculated. The
results show that, in terms of minimum energy difference, the best orbital symmetry match, and the
maximum orbital overlap, TiO2 does bring about a very positive effect on catalysts Pd/TiO2 for the first
electron transfer of the ORR. Especially, TiO2 remarkably expands the space size of Pd/TiO2 HOMO orbital
and improves orbital overlap of Pd/TiO2 HOMO and O2 LUMO. The analysis of deformation density
and partial density of state shows that the strong interaction between Pt and Ti leads to a strong
adsorption of intermediate O on Pt/TiO2, but the strong interaction between Pd and surface O causes
positive net charge of Pd and a weak adsorption of intermediate O on Pd/TiO2. Thus, the ORR can
proceed more smoothly on Pd/TiO2 than Pt/TiO2 in every respect of maximum orbital overlap and rate
delay by intermediate O. The research also discloses that several factors lead to less activity of
TiO2-supported Pt and Pd catalysts than the C-supported ones for the ORR. These factors include the
poor dispersion of Pt and Pd particles on TiO2, poor electric conduction of TiO2 carrier itself, and bigger
energy difference between HOMO of TiO2-carried metallic catalysts and LUMO of O2 molecule due to
electrons deeply embedded in the semiconductor TiO2 carrier.
According to frontier molecular orbital theory[24], electron
transfer can smoothly proceeds between the highest
occupied molecular orbital (HOMO) of catalyst and the
lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of O2 as
their orbital symmetry matches each other, their frontier
molecular orbital share maxima overlap, and energy difference
between their frontier orbitals is small
enough[22,23,25]. If any one of the above three conditions
was not satisfied, the electron transfer would not take
place. For example, although the orbital symmetry of
Pt/C HOMO and O2 LUMO match each other very well,
the ORR cannot happen on the Pt/C until the electron
energy on the Pt/C HOMO is raised to the same level as
the electron energy on O2 LUMO by driving electrode
Pt/C potential toward the negative direction.
