我们使用四次和six-coordinated Pt (II)和Pt (IV)与三种类型的配合物配体(H2啊,
哦
- - - - - -,
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -)作为交换树脂溶解Pt模型物种环境分析形成能源和吉布斯自由能。注意,我们考虑
哦
- - - - - -作为配体甚至在酸性PEFC条件假设
哦
- - - - - -Pt表面可以形成中扮演重要角色的形成中间物种解散(
6,
31日- - - - - -
33]。的
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -是一个模型化合物交换树脂聚合物侧链的末端。
3所示。结果与讨论3.1。分析溶解Pt复合体在不同的介电常数
我们首先分析了地层能量(
Δ
E
f)和溶剂化自由能(
Δ
G
溶剂)的四个,six-coordinate Pt (II)和Pt (IV)复合物的溶解的物种在不同介电常数。Pt (II)的优化结构和Pt (IV)复合物(
ε与三个配体(H = 5.0)2啊,
哦
- - - - - -,
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -)所示的数据
1和
2,分别。两个协调配置
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -不被认为是在当前计算由于低稳定性(
34]。四,six-coordinate Pt (II)和Pt (IV)复合物广场和八面体结构,分别。氧原子是Pt协调优化结构。的
Δ
E
fPt (II)和Pt (IV)的复合物进行评估由以下方程,
(1)
Δ
E
f
=
E
(
(
Pt
(
H
2
O
)
米
(
l
)
n
]
2
- - - - - -
n
)
- - - - - -
{
E
(
Pt
2
+
)
+
米
E
(
H
2
O
)
+
n
E
(
l
)
}
(
米
+
n
=
4
)
,
Δ
E
f
=
E
(
(
Pt
(
H
2
O
)
米
(
l
)
n
]
4
- - - - - -
n
)
- - - - - -
{
E
(
Pt
4
+
)
+
米
E
(
H
2
O
)
+
n
E
(
l
)
}
(
米
+
n
=
6
)
。在这里我代表
哦
- - - - - -或
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -。评估的稳定性Pt复杂在水溶液或交换树脂聚合物电解质膜,Δ
G
溶剂计算了由以下方程:
(2)
G
溶剂
=
G
(
科兹摩
)
- - - - - -
G
(
气体
)
。
优化four-coordinate Pt (II)配合物结构与三种类型的配体(H2啊,
哦
- - - - - -,
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -)
ε
=
5.0。
优化six-coordinate Pt (IV)复合物结构与三种类型的配体(H2啊,
哦
- - - - - -,
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -)
ε
=
5.0。
的
G(COSMO)和
G(气)表示为溶剂化自由能和天然气阶段的优化几何,分别。的
Δ
E
fPt (II)配合物在表中做了总结
2。的
Δ
E
f和Δ
G
溶剂[葡文(H2O)4]2 +在
ε= 5.0−628.6−670.9焦每摩尔,分别。的替换
哦
- - - - - -对H2啊,
Δ
E
f[葡文(H2O)3(哦)+成为稳定主要由大约530焦每摩尔比[Pt (H2O)4]2 +。相反,适度稳定时观察到的H2取代了阿
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -。当我们比较Δ
G
溶剂,我们发现带电物种显示大的溶剂化作用的能量。Δ的
G
溶剂的Pt (II)配合物(
1)和(
5))显示稳定性高于单电荷的复合物((
2),(
4)和(
6))。中性Pt (II)配合物(
3),(
7)和(
8))中获得较弱的溶剂化作用。然后,我们分析了
Δ
E
f和Δ
G
溶剂在高湿条件下通过比较结果的介电常数5.0和20.0。的
Δ
E
f和Δ
G
溶剂[葡文(H2O)4]2 +−−506.4和858.8焦每摩尔,分别在哪里
ε= 20.0。的
Δ
E
f变大,复杂的变得不稳定,当介电常数大。另一方面,Δ
G
溶剂变得越来越小表明更大的溶剂化作用获得。这意味着湿度unstabilizes复杂而使其溶解热力学有利。我们也分析了
Δ
E
f和Δ
G
溶剂Pt (II)和Pt (IV)配合物在水溶液353.15 K
ε= 61.0的属性非常湿润electrocatalyst在当地规模。Δ的
E的水溶液的Pt复合物比交换树脂。相反,Δ
G
溶剂在水溶液的Pt复杂的更小的观察比较的结果
ε= 5.0和20.0。考虑到水的介电常数为298.15和353.15是78.5和61.0,分别在交换树脂环境中实际的属性在353.15 K低收入和高湿下可以被推断估计和插值结果的介电常数为303.15 K,也就是说,
ε= 5.0和20.0,分别。这意味着较低的热力学温度对Pt退化的影响类似于高湿度。
形成能源(
Δ
E
f)和溶剂化自由能(
Δ
G
溶剂)的Pt与不同的介电常数(II)配合物。单位是焦每摩尔。
Pt (II)复杂
形成能源(
Δ
E
f)
溶剂化自由能(
Δ
G
溶剂)
介电常数(
ε)
5.0
20.0
61.0
5.0
20.0
61.0
(
1)[葡文(H2O)4]2 +
−628.6
−506.4
−479.6
−670.9
−858.8
−904.8
(
2)[葡文(H2O)3(哦)+
−1162.6
−807.3
−799.3
−226.0
−296.3
−314.3
(
3)[葡文(H2O)2(哦)2]
−1543.8
−1072.2
−1031.6
−58.6
−85.8
−93.7
(
4)[葡文(H2O)(哦)3]−
−1752.3
−1250.5
−1206.5
−233.9
−312.6
−332.7
(
5)[葡文(哦)4]2−
−1830.1
−1386.9
−1348.0
−714.8
−920.7
−973.0
(
6)[葡文(H2O)3(CF3所以3)]+
−837.8
−529.8
−497.6
−268.7
−373.3
−402.6
(
7)[葡文(H2O)2(CF3所以3)2]
−957.5
−563.7
−533.6
−69.9
−97.9
−105.9
(
8)[葡文(H2O)2(哦)(CF3所以3)]
−1260.1
−837.8
−802.3
−71.6
−104.6
−112.6
six-coordinate Pt (IV)的复合物(表
3),在
ε= 5.0,
Δ
E(−2571.7焦每摩尔)和Δ
G
溶剂(−2407.6焦每摩尔)[葡文(H2O)6]4 +更稳定的[Pt (H2O)4]2 +。我们观察的依赖关系
Δ
E
f和Δ
G
溶剂在介电常数与Pt (II)配合物的观察。
形成能源(
Δ
E
f)和溶剂化自由能(
Δ
G
溶剂)的Pt与不同的介电常数(IV)复合物。单位是焦每摩尔。
Pt (IV)复杂
形成能源(
Δ
E
f)
溶剂化自由能(
Δ
G
溶剂)
介电常数(
ε)
5.0
20.0
61.0
5.0
20.0
61.0
(
1)[葡文(H2O)6]4 +
−2571.7
−1940.6
−1790.8
−2407.6
−3081.4
−3246.3
(
2)[葡文(H2O)5(哦)3 +
−3472.3
−2480.9
−2254.9
−1391.9
−1784.5
−1881.2
(
3)[葡文(H2O)4(哦)2]2 +
−4193.0
−2944.1
−2640.7
−663.7
−853.7
−901.0
(
4)[葡文(H2O)3(哦)3]+
−4761.3
−3320.4
−2961.7
−232.3
−317.2
−338.1
(
5)[葡文(H2O)2(哦)4]
−5145.5
−3589.5
−3213.2
−82.9
−127.2
−137.3
(
6)[葡文(H2O)5(CF3所以3)]3 +
−3074.3
−2099.2
−1878.6
−1356.8
−1825.9
−1943.1
(
7)[葡文(H2O)4(CF3所以3)2]2 +
−3422.9
−2234.8
−1953.6
−654.1
−882.2
−939.5
(
8)[葡文(H2O)3(CF3所以3)3]+
−3681.1
−2325.6
−2010.1
−223.5
−309.3
−331.5
(
9)[葡文(H2O)2(CF3所以3)4]
−3808.4
−2382.5
−2040.6
−57.8
−82.4
−88.7
(
10)[葡文(H2O)4(哦)(CF3所以3)]2 +
−3801.2
−2594.7
−2295.5
−695.5
−929.1
−999.8
(
11)[葡文(H2O)3(哦)2(CF3所以3)]+
−4362.9
−2960.9
−2618.1
−263.7
−361.2
−360.3
(
12)[葡文(H2O)2(哦)3(CF3所以3)]
−4874.7
−3347.2
−2976.0
−74.9
−105.9
−113.8
(
13)[葡文(H2O)3(哦)(CF3所以3)2]+
−4044.8
−2678.8
−2334.0
−241.9
−328.1
−351.1
(
14)[葡文(H2O)2(哦)2(CF3所以3)2]
−4540.3
−3036.6
−2670.0
−68.6
−93.7
−101.7
(
15)[葡文(H2O)2(哦)(CF3所以3)3]
−4189.2
−2736.6
−2345.3
−71.6
−103.4
−112.2
3.2。从Pt表面解吸Pt复杂的能量
我们接下来关注能源(Δ解吸
E
des)的Pt (II)和Pt (IV)复合物从Pt表面估计初始溶解的物种。我们使用一个简单的Pt4集群作为ΔPt曲面模型来估计
E
desPt (II)和Pt (IV)复合物从Pt表面。尽管工党4集群是小代表工党表面,Pt表面稳定的有用的结果和反应已经通过使用Pt报道4集群(
35,
36]。我们假定
哦
- - - - - -和
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -提出了Pt表面吸附,因为这些物种Pt表面吸附分子。
(3)
(
Pt
4
(
l
)
n
]
2
- - - - - -
n
+
(
H
2
O
)
米
→
Pt
3
+
(
Pt
(
H
2
O
)
米
(
l
)
n
]
2
- - - - - -
n
(
米
+
n
=
4
)
(
Pt
4
(
l
)
n
]
4
- - - - - -
n
+
(
H
2
O
)
米
→
Pt
3
+
(
Pt
(
H
2
O
)
米
(
l
)
n
]
4
- - - - - -
n
(
米
+
n
=
6
)在这里,我代表
哦
- - - - - -或
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -。表
4和
5总结Δ
E
desPt (II)和Pt (IV)复合物从Pt表面模型。Δ的
E
desPt (II)和Pt (IV)的复合物进行评估由以下方程
(4)
Δ
E
des
=
{
E
(
Pt
3
)
+
E
(
(
Pt
(
H
2
O
)
米
(
l
)
n
]
2
- - - - - -
n
)
}
- - - - - -
{
E
(
(
Pt
4
(
l
)
n
]
2
- - - - - -
n
)
+
E
(
(
H
2
O
)
米
)
}
(
米
+
n
=
4
)
Δ
E
des
=
{
E
(
Pt
3
)
+
E
(
(
Pt
(
H
2
O
)
米
(
l
)
n
]
4
- - - - - -
n
)
}
- - - - - -
{
E
(
(
Pt
4
(
l
)
n
]
4
- - - - - -
n
)
+
E
(
(
H
2
O
)
米
)
}
(
米
+
n
=
6
)Δ的负值
E
des表明Pt复杂的解吸溶剂从Pt表面是有利的。ΔPt (II)配合物
E
des介电常数变大变大。尽管大多数的Pt (II)配合物有积极的解吸的能量,只有[葡文(哦)4]2−发现作为最初的候选人解散物种从Pt表面。[葡文的解吸(哦)4]2−在
ε= 5.0小相比,高湿度(
ε= 20.0)和水(
ε= 61.0)环境。我们也注意到,更高的温度对应于较低的介电常数。我们得出这样的结论更高解散Pt在高温低湿度条件下。
解吸能源
(
Δ
E
des)的Pt (II)配合物从Pt表面各种介电常数。单位是焦每摩尔。
5.0
20.0
61.0
(
1)[葡文(H2O)4]2 +
126.0
162.0
172.8
(
2)[葡文(H2O)3(哦)+
138.5
157.4
164.5
(
3)[葡文(H2O)2(哦)2]
108.4
127.2
134.3
(
4)[葡文(H2O)(哦)3]−
51.1
51.9
54.8
(
5)[葡文(哦)4]2−
−73.7
−60.3
−55.7
(
6)[葡文(H2O)3(CF3所以3)]+
154.8
190.4
186.2
(
7)[葡文(H2O)2(CF3所以3)2]
177.4
196.3
206.3
(
8)[葡文(H2O)2(哦)(CF3所以3)]
122.2
124.3
147.3
解吸能源(
Δ
E
des从Pt)的Pt (IV)复合物表面各种介电常数。单位是焦每摩尔。
5.0
20.0
61.0
(
1)[葡文(H2O)6]4 +
58.2
138.5
177.9
(
2)[葡文(H2O)5(哦)3 +
51.1
144.0
154.8
(
3)[葡文(H2O)4(哦)2]2 +
47.3
97.1
114.2
(
4)[葡文(H2O)3(哦)3]+
2.9
30.1
50.6
(
5)[葡文(H2O)2(哦)4]
−69.1
−64.0
−60.7
(
6)[葡文(H2O)5(CF3所以3)]3 +
72.0
191.7
216.8
(
7)[葡文(H2O)4(CF3所以3)2]2 +
110.1
194.2
225.2
(
8)[葡文(H2O)3(CF3所以3)3]+
215.5
221.8
241.1
(
9)[葡文(H2O)2(CF3所以3)4]
185.8
236.5
240.6
(
10)[葡文(H2O)4(哦)(CF3所以3)]2 +
126.8
158.6
169.1
(
11)[葡文(H2O)3(哦)2(CF3所以3)]+
125.1
174.1
187.9
(
12)[葡文(H2O)2(哦)3(CF3所以3)]
−72.4
−69.5
−67.8
(
13)[葡文(H2O)3(哦)(CF3所以3)2]+
114.3
183.3
201.7
(
14)[葡文(H2O)2(哦)2(CF3所以3)2]
76.2
110.1
106.3
(
15)[葡文(H2O)2(哦)(CF3所以3)3]
165.3
189.6
227.2
另一方面,我们发现了两种可能的Pt (IV)复合物,[Pt (H2O)2(哦)4]和[Pt (H2O)2(哦)3(CF3所以3),从Pt表面解吸。Δ的
E
des[葡文(H2O)2(哦)3(CF3所以3)约为3小焦每摩尔比[Pt (H2O)2(哦)4]。这个结果表明,Pt复杂的解吸Pt表面会加速的吸附交换树脂聚合物侧链的末端Pt表面,与实验观察一致(
19]。Δ的
E
des[葡文(H2O)2(哦)4]和[Pt (H2O)2(哦)3(CF3所以3)复合物介电常数变大时变得更大。此外,Δ
E
des[葡文(H2O)3(哦)3]+变得接近于零
ε= 5.0。这一结果表明,[Pt (H2O)3(哦)3]+复杂的将在交换树脂溶解从Pt表面环境在低湿度条件下高温期间PEFC操作。
3.3。结构性变化在不同介质环境
然后分析了几何参数选择Pt (II)和Pt (IV)复合物结构变化的介电常数的更多细节。工党…O距离三个配体(H2啊,
哦
- - - - - -,
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -Pt (II)和Pt) (IV)复合物如表所示
6和
7,分别。工党…O[葡文的距离(H2O)2]2 +和[葡文(H2O)6]4 +几乎是一样的,不管你是介电常数。的替换
哦
- - - - - -或
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -对H2O,工党…O距离
哦
- - - - - -和
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -介电常数变大时变得更长。相反,工党…与H O距离2O变得更短。这个结果表明,电解质溶液的周围环境强烈影响阴离子物种,
哦
- - - - - -和
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -。这些几何变化的原因之一是改变Pt复合物的稳定性和反应性。
在这项研究中,我们计算了
Δ
E
f和Δ
G
溶剂四,six-coordinate Pt (II)和Pt (IV)与三种类型的配合物配体(H2啊,
哦
- - - - - -,
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -)。代表低收入和高湿条件交换树脂环境,我们改变了介电常数和分析Pt复合物的稳定性和反应性。Pt复合物的稳定性由介电常数,因为改变了
Δ
E
f和Δ
G
溶剂分别成为较大和较小的介电常数变大。我们也分析了Δ
E
des从Pt Pt复杂的表面。我们发现三个重要的复合物,[Pt (H2O)2(哦)4]、[Pt (H2O)2(哦)3(CF3所以3)]和[葡文(哦)4]2−,初始Pt溶解机制。Pt复杂的退化Pt表面吸附是加速的
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -因为ΔPt表面
E
des[葡文(H2O)2(哦)3(CF3所以3)小于[葡文(H2O)2(哦)4]。可能的途径,质子,H2O /
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -,
哦
- - - - - -/
C
F
3
年代
O
3
- - - - - -和还原反应,Pt复合物之间的分析。[葡文(H2O)2]2 +不稳定环境交换树脂在低湿度条件下。不同的稳定的物种,[Pt (H2O)3(哦)3]+和[葡文(H2O)4(哦)2]2 +是通过质子从[葡加成反应(H2O)2(哦)4分别在交换树脂和水环境。[葡文(H2O)4]2 +和[葡文(H2O)3(哦)+有可能再沉淀的物种。这一结果表明,周围介质环境会改变反应途径的溶解Pt复合物。我们理论上估计的影响周围的条件交换树脂环境Pt溶解和再沉淀机制相比,水的解决方案。