Моделювання каталітичних та корозійних властивостей бінарних нанокластерів платини на катодах низькотемпературних паливних комірок

Abstract

Методами молекулярно-динамічного моделювання та квантово-хімічного розрахунку теорії функціоналу густини DFT і напівемпіричного методу РМ6 досліджено процес взаємодії молекулярного і атомарного кисню з поверхнею бінарного нанокластера Pt₃₇Со₁₈ нанесеного на моно шарову графітову підкладку. Моделювання виконували у середовищі молекул води при робочій температурі 353 К. Показано, що трьохкоординаційні центри електрохімічного відновлення, утворені атомами платини є найбільш реакційно здатними для адсорбції кисню. Теоретично досліджено послідовність багатостадійного процесу взаємодії молекулярного кисню з поверхнями нанокластера із розділенням на хімічну та електрохімічну складову. Показано визначальну роль легуючого компоненту (кобальту) у формуванні підвищеної реакційної здатності поверхневого шару бінарного нанокластеру платина-кобальт.A realistic molecular dynamics simulation and quantum chemical semiempirical PM6 and ab initio DFT study has been performed to consider the oxygen reduction reaction on platinum-cobalt binary nano-clusters on a monolayer graphite substrate. The calculations were carried out in water molecules environment and at the ambient temperature 353 K. The fact of surface enrichment with strained Pt was found as well as surface 3-fold site electron densities were calculated as most favorable positions of molecular oxygen reaction centers. The oxygen reduction reaction was decomposed into all possible stages, including electron transfer.