高性能OER催化劑的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)是電催化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。本文基于密度泛函理論(DFT)，系統(tǒng)研究了堿性環(huán)境下羥基改性雙稀土銪摻雜石墨烯的析氧反應(yīng)機(jī)理。通過(guò)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性分析，比較了最佳反應(yīng)路徑和不同中間體的吸附位置。篩選出4種具有良好OER反應(yīng)催化活性的催化劑。結(jié)果表明，對(duì)兩個(gè)羥基進(jìn)行修飾后，四種催化劑構(gòu)型的最佳過(guò)電位分別為0.54 V、0.50 V、0.54 V和0.61 V。這些催化劑對(duì)析氧反應(yīng)(OER)具有優(yōu)異的催化活性。而且，這些催化劑具有良好的導(dǎo)電性，活性位點(diǎn)和吸附中間體可以穩(wěn)定地結(jié)合在一起。此外，還描述了氧吸附自由能與過(guò)電位之間的標(biāo)度關(guān)系。本研究為今后稀土原子基OER催化劑的研究提供了新的思路和指導(dǎo)。
圖1. (a)不同碳氮配位催化劑的構(gòu)型。(b)活動(dòng)中心的頂視圖和側(cè)視圖。(c)催化劑模型的部分演示，其中灰色代表碳，藍(lán)色代表氮而不是碳的配位，粉紅色代表從空位缺陷中移除的原子，淺綠色代表?yè)诫s的稀土原子銪。
圖2. (a)不同N含量下的結(jié)合能、形成能和內(nèi)聚能之間的關(guān)系。(b) - (e)催化劑的分子動(dòng)力學(xué)。
圖3. 從左至右分別表示反應(yīng)中間體在右側(cè)單活性位點(diǎn)、雙活性位點(diǎn)之間的橋鍵和左側(cè)單活性位點(diǎn)的吸附情況。
圖4. 堿性環(huán)境下不同的析氧反應(yīng)路徑。
圖5. EuEu(2OH)-N
xC
y-O-gra的變形電荷密度。
圖6. 堿性環(huán)境下EuEu(2OH)-N
xC
y-gra的吉布斯自由能。
圖7. ΔG
O *與η
OER的線性關(guān)系。
相關(guān)研究成果由江西理工大學(xué)材料冶金化學(xué)學(xué)部、材料科學(xué)與工程學(xué)院Chao Liu等人于2024年發(fā)表在Molecular Catalysis (https://doi.org/10.1016/j.mcat.2024.114053 )上。原文：Theoretical study on oxygen evolution reaction mechanism of double rare earth europium-doped graphene under hydroxyl modification in alkaline environment
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
