因為陰極氧還原反應(ORR)的高過電位，質子交換膜燃料電池(PEMFC)的能效仍遠低于83%的熱力學值。催化劑的活性與關鍵吸附中間體的結合能有關，目前主要采用的ORR描述符是氧或羥基吸附能。

然而，ORR有多個含氧中間體，它們不能全部獨立優(yōu)化，因為它們的結合能表現出比例關系：如果一個結合能發(fā)生變化，其他結合能也會發(fā)生變化。這種比例關系消除了對每個中間體進行獨立調整的可能性，并產生了一個最小的熱力學過電勢，該過電勢不能通過單獨設計固體表面以獲得最佳吸附來克服。因此，打破上述比例關系是一個巨大的難題。

基于此，荷蘭萊頓大學Marc T. M. Koper課題組通過實驗揭示了非特異性吸附(NSA)陰離子實際上對ORR活性并非無害，并且Pt(111)上陰離子濃度對于ORR活性趨勢不遵循基于熱力學氧結合能描述符。研究人員引入了一個動力學描述符，即*O? *OH躍遷的動力學速率。該描述符跟蹤ORR對電解質的依賴性，包括酸性介質中陰離子的濃度/特性、堿性介質中的陽離子以及離聚物的影響。

研究人員提出了一個模型，將Pt(111)上的ORR活性與*O到*OH轉換的速率聯(lián)系起來，除了熱力學*OH結合能描述符，該模型還揭示了酸性與堿性介質中階梯Pt表面上ORR活性的不同趨勢。

與階梯表面相比，Pt(111)的ORR活性在酸性介質中較低，但在堿性介質中較高：在酸中，根據熱力學描述符，位點A是主要的反應位點；在堿性介質中，先前的研究發(fā)現堿金屬陽離子優(yōu)先位于臺階位點，這導致位點A的阻塞，因此位點B對階梯式Pt表面上的ORR活性做出了主要貢獻。

在這種情況下，ORR活性僅由根據上述提出的模型的動力學描述符控制。使用E_*O作為動力學描述符，預測Pt(111)比階梯狀Pt表面具有更高的ORR活性，因為與階梯狀表面相比，Pt(111)上的*O到*OH轉變更快，與實驗趨勢一致。

A Kinetic Descriptor for The Electrolyte Effect on The Oxygen Reduction Kinetics on Pt(111). Nature Catalysis, 2022. DOI: 10.1038/s41929-022-00810-6