Electrochemical Hydrogen Oxidation on Pt(100): a Combined Direct Molecular Dynamics/Density Functional Theory Study

Abstract

We have studied the hydrogen oxidation reaction on various catalytic sites at the water/Pt(100) interface with first-principles direct molecular dynamics and minimum energy pathway calculations. The calculations indicate that the mechanism for electro-oxidation of H2 on terrace sites of the Pt(100) surface depends on the concentration of inactive adsorbed hydrogen on the electrode surface. Near the reversible potential, the electro-oxidation follows the Tafel-Volmer homolytic cleavage of H2 at low coverage of adsorbed hydrogen. If the surface is covered with ca. 1 monolayer of hydrogen, however, the oxidation proceeds by the Heyrovsky-Volmer mechanism. We found good agreement between measured and predicted Tafel plots, indicating that hydrogen oxidation/reduction reaction on Pt(100) takes place via the Heyrovsky-Volmer mechanism under ca. 1 monolayer coverage of inactive adsorbed hydrogen. © 2015, Springer Science+Business Media New York.

Hemos estudiado la reacción de oxidación de hidrógeno en varios sitios catalíticos en la interfaz agua / Pt (100) con la dinámica molecular directa de primer principio y los cálculos de la ruta de energía mínima. Los cálculos indican que el mecanismo para la electrooxidación de H2 en sitios de terraza de la superficie de Pt (100) depende de la concentración de hidrógeno adsorbido inactivo en la superficie del electrodo. Cerca del potencial reversible, la electrooxidación sigue la escisión homolítica de H2 de Tafel-Volmer con baja cobertura de hidrógeno adsorbido. Si la superficie está cubierta con ca. 1 monocapa de hidrógeno, sin embargo, la oxidación procede por el mecanismo Heyrovsky-Volmer. Encontramos un buen acuerdo entre las gráficas de Tafel medidas y predichas, lo que indica que la reacción de oxidación / reducción de hidrógeno en Pt (100) tiene lugar a través del mecanismo Heyrovsky-Volmer bajo aprox. 1 cobertura monocapa de hidrógeno adsorbido inactivo. © 2015, Springer Science + Business Media Nueva York.