文献类型：期刊文章

作　　者：王俊[1] 李莉[1] 魏子栋[1]

机构地区：[1]重庆大学化学化工学院,输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400044

出　　处：《物理化学学报》

基　　金：国家自然科学基金(21176271,21376284)资助项目

年　　份：2016

卷　　号：32

期　　号：1

起止页码：321-328

语　　种：中文

收录情况：AJ、BDHX、BDHX2014、CAS、CSCD、CSCD2015_2016、EBSCO、IC、INSPEC、JST、PUBMED、RCCSE、RSC、SCI(收录号：WOS:000370997400028)、SCI-EXPANDED(收录号：WOS:000370997400028)、SCIE、SCOPUS、WOS、ZGKJHX、核心刊

摘　　要：N掺杂石墨烯作为一种具有较高活性和稳定性的氧还原反应(ORR)催化剂,受到人们的广泛关注。然而不同的N掺杂类型对氧还原活性的影响一直存在争议。本文通过密度泛函理论分别对石墨型和吡啶型两种N掺杂石墨烯的ORR活性进行比较研究。能带结构分析表明,石墨氮掺杂石墨烯(GNG)的导电性随掺N量的增加而降低;吡啶氮掺杂石墨烯(PNG)的导电性则随掺N量的增加先提高后降低。当N掺杂浓度达到4.2%(原子分数)时,PNG具有最优导电性。且当N掺杂浓度大于1.4%时,PNG的导电率总是高于GNG。氧还原自由能阶梯曲线发现O_2的质子化是整个氧还原过程的潜在控制步骤。在同等氮掺杂浓度下,O_2的质子化自由能能变在GNG上低于在PNG上,意味着若在同等电子传输能力的情况下,GNG具有比PNG更优异的催化活性。进一步分析发现:当N掺杂浓度在低于2.8%时,GNG和PNG导电性差异小,其催化ORR活性由O_2质子化反应难易程度决定,GNG的催化活性优于PNG;当N掺杂浓度高于2.8%时,氮掺杂石墨烯的电子传输性能(导电性)成为决定催化剂ORR活性的主要因素,因此PNG表现出较GNG更高的活性。

关 键 词：氧还原反应 氮掺杂石墨烯  吡啶氮  石墨氮  密度泛函理论

分 类 号：O643.36]