氢气氧化反应（HOR）是阳离子交换膜燃料电池（AEMFCs）等清洁/可持续能源转换器件中最为关键之处，因此目前对适用于此类燃料电池的高催化活性阳极催化剂的设计受到了广泛关注。有鉴于此，康涅狄格大学Sanjubala Sahoo、S. Pamir Alpay等报道了通过从头算理论计算方法，对Pd-CeO₂催化剂用于HOR催化反应的机理进行研究。通过基于交换关联泛函和广义梯度近似、Hubbard矫正的DFT理论对进行描述，从而能够比较准确揭示催化剂的电子结构、相关的功能。

本文要点：

（1）

作者分别模拟计算了CeO₂表面上不同Pd浓度条件中的情况，通过H₂分子切断步骤中的Tafel斜率、生成H₂O分子的Volmer反应进行计算，揭示了Pd-CeO₂催化剂的HOR催化反应活性比单独的Pd或者CeO₂显著改善，其中10 at. % Pd修饰的CeO₂ (7 wt %)催化活性最好。这是因为包括氢、羟基、H₂O结合能、催化剂/底物/吸附物之间的电荷转移得到优化等多种因素共同作用的结果。

（2）

通过详细的从头算理论分析，能够从电子、原子、分子角度对HOR催化反应的机理进行理解，从而为发展高效率催化剂、降低贵金属的用量提供经验和指导。

参考文献

Sanjubala Sahoo*, Dario R. Dekel, Radenka Maric, and S. Pamir Alpay*, Atomistic Insights into the Hydrogen Oxidation Reaction of Palladium-Ceria Bifunctional Catalysts for Anion-Exchange Membrane Fuel Cells, ACS Catal. 2021, 11, 2561–2571

DOI: 10.1021/acscatal.0c04646

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c04646