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有关电催化反应的活化能与指前因子的新认识


1905Arrhenius提出Arrhenius公式以来,指前因子和活化能就一直被认为是表征化学反应动力学的两个重要物理量,其对深入理解认识化学反应机理与动力学有非常重要的意义。从实验和理论角度理解活化能相对简单,在催化剂开发与反应机理研究方面,活化能或反应能垒也一直被用作指示反应速率或难易程度的关键参数;然而对指前因子的理论计算则非常困难,而且对其物理意义的理解也一直比较模糊、存在争议。在电催化体系中,相对热催化有额外的电极电势作为控制反应的重要条件,如何在这一复杂体系中正确认识和理解活化能和指前因子就非常具有挑战性。

近日,我系陈艳霞教授课题组与德国Ulm大学的Schmickler教授课题组,在系统分析了文献中早期探究电催化反应的活化能与指前因子的理论与实验研究成果的基础上,基于Kramer理论给出了针对不同电荷转移反应的活化能与指前因子的理论表达式,并分析了它们随电位的变化规律。并用氢析出与甲酸等模型电催化反应作为实例展示了如何通过理论与实验的对比来揭示特定电化学反应的机理与动力学,给后续同类型研究提供了范例,也为正确利用反应的温度效应揭示电催化反应的机理与活性的影响规律提供了依据.


部分成果已分别发表在Electrochemica Acta2017, 255, 391Angewa. Chem. Int. Ed.http://dx.doi.org/10.1002/anie.201800130杂志上。论文第一作者是何政达同学。本研究得到了国家自然科学基金以及科技部973计划的资助。



 


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