Gesamt‐Sauerstoff‐Elektrokatalyse auf stickstoffmodifizierten Kohlenstoffkatalysatoren: Identifizierung aktiver Zentren und In‐situ‐Beobachtung reaktiver Zwischenprodukte

Abstract

Das mechanistische Verständnis der aktiven Zentren, adsorbierten Zwischenprodukte und geschwindigkeitsbestimmenden Schritte (RDS) von N‐modifizierten Kohlenstoffkatalysatoren in der elektrokatalytischen Sauerstoffreduktion (ORR) und der Sauerstoffentwicklung (OER) ist wegen der unvermeidlichen Koexistenz verschiedener N‐Konfigurationen und der technischen Beschränkungen bei der Beobachtung gebildeter Zwischenprodukte noch immer umstritten. Hier werden sieben Arten aromatischer Moleküle mit je einer einzelnen N‐Spezies als Modellstrukturen verwendet, um die explizite Rolle jeder üblichen N‐Gruppe bei der ORR sowie der OER zu untersuchen. Insbesondere wird die dynamische Entwicklung der aktiven Zentren und der wichtigsten adsorbierten Zwischenprodukte einschließlich O2(ads), Superoxidanion O2−* und OOH* mit In‐situ‐Spektroskopie beobachtet. Wir schlagen vor, dass die Bildung von *OOH‐Spezies aus O2−* (O2−*+H2O→OOH*+OH−) ein möglicher RDS während des ORR‐Prozesses ist, da die Erzeugung von O2 aus OOH*‐Spezies der wahrscheinlichste RDS während des OER‐Prozesses ist.

A Redox-Mediated Zinc–Air Fuel Cell

“…For C-oxidization of Co II (TiPA), an obvious difference from that of EC-oxidization is the presence of a vibration peak of O 2 − * at 1052 cm −1 (Figure 3a) in the transmittance difference curve, in addition to the predominant Co III (TiPA) product. 23 Note that this FTIR test was repeated several times and the phenomenon was reproducible. To have a better understanding of this redox-mediated ORR process, density functional theory (DFT) calculations were conducted to predict the binding energy of various oxygen species intermediates, i.…”

“…To decipher the mechanism of the redox-mediated ORR during the discharge process, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) measurements of 0.6 M Co II (TiPA)/3 M NaOH were performed after the redox species was oxidized chemically (denoted as C-oxidization) with excess O 2 or electrochemically (denoted as EC-oxidization) under an N 2 atmosphere. For C-oxidization of Co II (TiPA), an obvious difference from that of EC-oxidization is the presence of a vibration peak of O 2 – * at 1052 cm –1 (Figure a) in the transmittance difference curve, in addition to the predominant Co III (TiPA) product . Note that this FTIR test was repeated several times and the phenomenon was reproducible.…”