Avanços no Modelo Termodinâmico-Cinético para Análise da Reação de Evolução de Oxigênio

Um bom desempenho eletroquímico para uma reação de transferência de elétrons em múltiplas etapas exige baixa barreira de energia termodinâmica, cinética rápida e abundância de intermediários reativos de superfície. Enquanto as caracterizações físicas e espectrais não conseguem obter a maioria desses detalhes devido à interferência do eletrólito e das estruturas de superfície dinâmicas sob condições de reação, as medições eletroquímicas, por outro lado, são capazes de fornecer as informações mais diretas. Um modelo termodinâmico-cinético foi desenvolvido em nosso trabalho anterior, o qual demonstrou grande capacidade de extrair as energias de adsorção de intermediários reativos por meio do gráfico de Tafel sem considerar as estruturas exatas dos catalisadores na reação de evolução de oxigênio (OER). Neste trabalho, foi desenvolvido um modelo mais adaptável em combinação com a investigação da reação de oxidação do metanol. Essa abordagem oferece as seguintes vantagens: Sob o aspecto da termodinâmica, pôde-se obter um perfil de adsorção experimentalmente racionalizado sem a necessidade de conhecer os fatores de escala dos intermediários reativos. Sob o aspecto da estrutura de superfície, a alteração na cobertura de intermediários induzida pelo potencial na reação pôde ser descrita com alta sensibilidade. Sob o aspecto da cinética, múltiplas inclinações de Tafel em um único gráfico de Tafel puderam ser explicadas pela variação induzida pelo potencial na cobertura de intermediários e na energia de ativação na etapa determinante da reação (RDS). Uma relação do tipo vulcão entre o fator de simetria e a energia de adsorção também foi identificada e discutida, demonstrando a forte correlação entre termodinâmica e cinética. Nosso modelo oferece uma ferramenta de análise promissora ao fornecer informações essenciais sobre a interface eletroquímica e sobre as propriedades termodinâmicas e cinéticas dos catalisadores, que são importantes para o planejamento de catalisadores de alto desempenho de próxima geração para reações eletroquímicas em múltiplas etapas.