Dioxygen electrocatalysis: mechanisms in relation to catalyst structure

Yeager, Ernest

doi:10.1016/0304-5102(86)87045-6

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“…Based on the literature [37][38][39][40], the ORR mechanism on a Pt catalyst is proposed to follow a series of steps, as given in Reactions (I)-(V):…”

Section: Exploration Of Co 2+ Contamination Mechanismmentioning

confidence: 99%

Effect of Co2+ on oxygen reduction reaction catalyzed by Pt catalyst, and its implications for fuel cell contamination

Tsay

Wang

et al. 2010

Electrochimica Acta

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The oxygen reduction reaction (ORR) catalyzed by Pt was studied in the presence of Co 2+ using cyclic voltammetry (CV), rotating disk electrode (RDE), and rotating ring-disk electrode (RRDE) techniques in an effort to understand fuel cell cathode contamination caused by Co 2+ . Findings indicated that Co 2+ could weakly adsorb on the Pt surface, resulting in a slight change in ORR exchange current densities. However, this weak adsorption had no significant effect on the nature of the ORR rate determining steps. The results from both RDE and RRDE indicated that the overall electron transfer number of the ORR in the presence production. The fuel cell performance drop observed in the presence of Co 2+ could be attributed to the reduction in overall electron transfer number and the increase in H 2 O 2 production. Higher production could intensify the attack by H 2 O 2 and its radicals on membrane electrode assembly components, including the ionomer, carbon support, Pt particles, and membrane, leading to fuel cell degradation.Crown

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“…Based on the literature [37][38][39][40], the ORR mechanism on a Pt catalyst is proposed to follow a series of steps, as given in Reactions (I)-(V):…”

Section: Exploration Of Co 2+ Contamination Mechanismmentioning

confidence: 99%

Effect of Co2+ on oxygen reduction reaction catalyzed by Pt catalyst, and its implications for fuel cell contamination

Tsay

Wang

et al. 2010

Electrochimica Acta

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“…Esta transformação química ocorre segundo dois mecanismos globais bastante discutidos na literatura: o mecanismo direto (4 elétrons, Figura 1 -I) e, o mecanismo de formação do peróxido (2 elétrons). 4,5 A distinção entre os dois mecanismos torna-se difícil pelo fato da redução direta também poder envolver a formação de peróxido, desde que este permaneça adsorvido na superfície do eletrodo sem sofrer dessorção ou decomposição, e a sua redução ocorra subsequentemente. Este processo também envolve 4 elétrons, porém é chamado de mecanismo em série (Figura 1 -II).…”

Section: Introductionunclassified

Reaproveitamento de óxidos de manganês de pilhas descartadas para eletrocatálise da reação de redução de oxigênio em meio básico

Rascio¹,

Souza²,

Neto³

et al. 2010

Quím. Nova

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Recebido em 12/3/09; aceito em 6/10/09; publicado na web em 2/3/10 USE OF MANGANESE OXIDES RECOVERED FROM SPENT BATTERIES IN ELECTROCATALYSIS OF OXYGEN REDUCTION REACTION IN ALKALINE MEDIUM. The oxygen reduction reaction was studied in alkaline media using manganese oxides obtained from spent batteries as electrocatalysts. Three processes were used to recover manganese oxides from spent batteries. The particles obtained were in the range from 8 to 11 nm. The electrochemical experiments indicated a good electrocatalytic activity toward oxygen reduction using the different samples and showing approximately a direct transference of 4 electrons during the process. Even though all the processes were efficient, the best result was observed for the prepared sample using reactants of low cost.Keywords: manganese oxide; oxygen reduction; battery metal recovery. INTRODUÇÃOVários dispositivos que são utilizados no dia a dia, como máquinas térmicas, motores de combustão interna, caldeiras industriais, dentre outras, utilizam combustíveis de origem fóssil como fonte de energia. A utilização deste tipo não renovável de energia produz grandes quantidades de poluentes, destacando-se CO 2 , CO, NO x , SO x , hidrocarbonetos e materiais particulados, que são responsáveis por boa parte dos problemas ambientais, tais como o efeito estufa e a chuva ácida.Com o crescente avanço da tecnologia surgiu também nos últi-mos anos uma grande necessidade por fontes portáteis de energia. No Brasil são produzidas anualmente cerca de 3 bilhões de unidades de pilhas e baterias para suprir esta necessidade.1 Segundo dados da ABINEE (Associação Brasileira da Indústria Eletroeletrônica) a porcentagem de pilhas alcalinas vendidas no Brasil representa cerca de 30% do total das vendas no mercado. Em contrapartida, as pilhas alcalinas dominam o mercado nos EUA por durarem cerca de seis vezes mais que as pilhas de zinco-carvão. 1As pilhas citadas acima após seu esgotamento energético são descartadas, tendo por destinos finais locais inadequados. Isto causa grandes impactos ambientais, principalmente relacionados à poluição de lençóis freáticos pela contaminação de metais pesados como o manganês, reconhecidamente um dos principais componentes deste tipo de pilha. 2Este metal, presente na forma de óxidos nas pilhas, pode ser recuperado e empregado no uso e desenvolvimento de células a combustível como eletrocatalisador para a reação de redução do oxigênio. Esta reação impõe grandes limitações para o desenvolvimento de células a combustível, 3 que são uma boa opção na substituição das atuais fontes de energia, podendo satisfazer tanto as necessidades energéticas supridas pelos combustíveis fósseis como para aplicação em dispositivos portáteis que utilizam pilhas e baterias.A reação de redução de oxigênio (RRO) é uma reação multieletrônica que inclui algumas etapas elementares em seu mecanismo. Esta transformação química ocorre segundo dois mecanismos globais bastante discutidos na literatura: o mecanismo direto (4 elétrons, Figura 1 -I) e, o mecanismo de fo...

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“…It turns out both of these steps are the first hydrogenation step. However, this mechanisms although reasonable, has not been proved 25 .…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 93%

The Oxygen Reduction Reaction on Graphene from Quantum Mechanics: Comparing Armchair and Zigzag Carbon Edges

Ly¹,

Merinov

Xiao

et al. 2017

J. Phys. Chem. C

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Using density functional theory (PBE-D2 flavor), we report the mechanism for the oxygen reduction reaction (ORR) on graphene sheets. We find that ORR starts with OO chemisorbing onto the carbon edges, rather than the basal plane face, which is not energetically favorable. The carbon edges were described as one-dimensional periodic graphene ribbons with both armchair and zigzag edges. We calculated the binding energies of the ORR products (OO, OOH, O, OH, HOH, HOOH) for the zigzag and armchair edges, examining both the Langmuir–Hinshelwood (LH) and Eley–Rideal (ER), to understand how OO is reduced. For the armchair edge, we calculate an onset potential of 0.55 V vs reversible hydrogen electrode (RHE), which corresponds to −0.22 V at pH 13 in agreement with experiments. We find that the rate-determining step (RDS) to form peroxide (a 2e– process) is hydrogenation of adsorbed OO with a barrier of 0.92 eV. The process to make water (a 4e– process) was found to be unfavorable at the onset potential but becomes more favorable at lower potentials. Thus, undoped carbon catalysts prefer the 2e– mechanism to form peroxide, rather than the 4e– process to form water, which agrees with experiment. The predictions open the route for experimental studies to improve the sluggish ORR on carbon catalysts.

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Dioxygen electrocatalysis: mechanisms in relation to catalyst structure

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Effect of Co2+ on oxygen reduction reaction catalyzed by Pt catalyst, and its implications for fuel cell contamination

Effect of Co2+ on oxygen reduction reaction catalyzed by Pt catalyst, and its implications for fuel cell contamination

Reaproveitamento de óxidos de manganês de pilhas descartadas para eletrocatálise da reação de redução de oxigênio em meio básico

The Oxygen Reduction Reaction on Graphene from Quantum Mechanics: Comparing Armchair and Zigzag Carbon Edges

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