Майкл Эйкерлинг – Локальная реакция в электрокаталитических средах: теория интерфейса, реализм, с...

Запись сделана 27 октября 2025 г. Михаэль Эйкерлинг из Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена представляет доклад «Локальная реакционная среда в электрокаталитических средах: придание теории интерфейса реализма и сложности» на семинаре IPAM «Граничные условия для атомистического моделирования в макроскопических электрохимических ячейках».

Аннотация: Микроскопическая область контакта электрифицированной металлической поверхности с электролитом, известная как двойной электрический слой (ДЭС), контролирует емкостной отклик интерфейса, а также кинетику электрокаталитических реакций[1,2]. Таким образом, понимание и прогнозирование важнейшей локальной реакционной среды в области ДЭС имеет решающее значение для эффективности электрохимических энергетических устройств[3]. Подходы к достижению этой цели должны учитывать взаимодействие электронной структуры металла, адсорбатов, молекул растворителя и ионных частиц, при этом все вовлеченные частицы и явления должны рассматриваться самосогласованно как функции электродного потенциала[4]. Недавно разработанный гибридный квантово-классический подход, называемый теорией функционала плотности-потенциала (DPFT), служит основой наших усилий в этой области.[5] Теория будет представлена ​​в общих чертах, и будут продемонстрированы её возможности в объяснении ёмкостных и электродно-кинетических явлений на электрохимических интерфейсах. Исходя из этого подхода, мы разработали модель для наночастиц электрокатализатора (НЧ) на подложке.[6] Она описывает одновременное электронное и ионное равновесие в трёхкомпонентной системе: наночастица катализатора, носитель и электролит. Будут представлены результаты этой модели, показывающие, как носитель вызывает возмущения локальной электронной и ионно-зарядной плотности на поверхности НЧ, формируя её ёмкостный отклик и электрокаталитическую активность. Заключительная часть презентации смещает акцент в сторону усовершенствованного теоретико-полевого подхода к электронно-ионным корреляциям на интерфейсах, который является разновидностью метода зарядов-изображений.[7] Выводя теорию двойного электрического заряда за пределы уровня среднего поля, предлагаемая модель обеспечивает количественное согласие с экспериментальными данными по емкости и решает давно существующие вопросы, остававшиеся без ответа в рамках известных классических теорий двойного слоя. Концепция концептуально объединяет процессы зарядки двойного слоя и электросорбции.

Ссылки:
[1] M.J. Eslamibidgoli и M.H. Eikerling (2018). Approaching the Self-Consistency Challenge of Electrocatalysis with Theory and Computation. Curr. Opin. Electrochem. 9, 189–197.
[2] K. Schwarz и R. Sundararaman (2020). The Electrochemical Interface in First-Principles Calculations. Surf. Sci. Rep. 75, 100492.
[3] V.R. Stamenkovic и др. (2017). Energy and Fuels from Electrochemical Interfaces. Nat. Mater. 6, 57–69.
[4] C. Zhang и др. (2023). Дорожная карта молекулярного моделирования электрохимических энергетических материалов. J. Phys. Energy 5, 041501.
[5] J. Huang и др. (2021). Гранд-каноническая модель электрохимических двойных слоев на основе гибридного функционала плотности. J. Chem. Theory Comput. 17, 2417–2430.
[6] Y. Zhang и др. (2025). Теория электроионных возмущений в наночастицах электрокатализатора на подложке. Phys. Rev. Lett. 134, 066201.
[7] N. Bruch и др. (2025). Классическая теория электрон-ионных корреляций на электрохимических интерфейсах: замыкание цепи от зарядки двойного слоя к адсорбции ионов. arXiv 2507, 14751.

Подробнее онлайн: https://www.ipam.ucla.edu/programs/wo...