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Confinement Effects on an Electron Transfer Reaction in Nanoporous Carbon Electrodes

Authors :
Trinidad Méndez-Morales
Mathieu Salanne
Mario Burbano
Zhujie Li
Matthieu Haefele
Guillaume Jeanmairet
Maison de la Simulation (MDLS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX (PHENIX)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E)
Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
European Project: 676629,H2020 Pilier Excellent Science,H2020-EINFRA-2015-1,EoCoE(2015)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Aix Marseille Université (AMU)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Nantes Université (Nantes Univ)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Université de Montpellier (UM)
ANR-10-LABX-0076,STORE-EX,Laboratory of excellency for electrochemical energy storage(2010)
Maison de la Simulation ( MDLS )
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines ( UVSQ ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique ( Inria ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
PHysicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes InterfaciauX ( PHENIX )
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -ESPCI ParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie ( RS2E )
Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
European Project : 676629,H2020 Pilier Excellent Science,H2020-EINFRA-2015-1,EoCoE ( 2015 )
Source :
Journal of Physical Chemistry Letters, Journal of Physical Chemistry Letters, American Chemical Society, 2017, 8, pp.1925-1931. ⟨10.1021/acs.jpclett.7b00458⟩, Journal of Physical Chemistry Letters, 2017, 8, pp.1925-1931. ⟨10.1021/acs.jpclett.7b00458⟩, Journal of Physical Chemistry Letters, American Chemical Society, 2017, 8, pp.1925-1931. 〈10.1021/acs.jpclett.7b00458〉, Sygma, Hyper Article en Ligne, HAL-UPMC, INRIA a CCSD electronic archive server, arXiv.org e-Print Archive, HAL-CEA, The Journal of Physical Chemistry Letters
Publication Year :
2017
Publisher :
arXiv, 2017.

Abstract

Nanoconfinement generally leads to drastic effect on the physical and chemical properties of ionic liquids. Here we investigate how the electrochemical reactivity in such media may be impacted inside nanoporous carbon electrodes. To this end, we study a simple electron transfer reaction using molecular dynamics simulations. The electrodes are held at constant electric potential by allowing the atomic charges on the carbon atoms to fluctuate. We show that the $\mathrm{Fe^{3+}}/\mathrm{Fe^{2+}}$ couple dissolved in an ionic liquid exhibits a deviation with respect to Marcus theory. This behavior is rationalized by the stabilization of a solvation state of the Fe$^{3+}$ cation in the disordered nanoporous electrode that is not observed in the bulk. The simulation results are fitted with a recently proposed two solvation state model, which allows us to estimate the effect of such a deviation on the kinetics of electron transfer inside nanoporous electrodes.<br />Comment: 8 pages, 10 figures

Details

ISSN :
19487185
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Physical Chemistry Letters, Journal of Physical Chemistry Letters, American Chemical Society, 2017, 8, pp.1925-1931. ⟨10.1021/acs.jpclett.7b00458⟩, Journal of Physical Chemistry Letters, 2017, 8, pp.1925-1931. ⟨10.1021/acs.jpclett.7b00458⟩, Journal of Physical Chemistry Letters, American Chemical Society, 2017, 8, pp.1925-1931. 〈10.1021/acs.jpclett.7b00458〉, Sygma, Hyper Article en Ligne, HAL-UPMC, INRIA a CCSD electronic archive server, arXiv.org e-Print Archive, HAL-CEA, The Journal of Physical Chemistry Letters
Accession number :
edsair.doi.dedup.....222bdfd73c812072b79e6c9532c54191
Full Text :
https://doi.org/10.48550/arxiv.1706.09241