Density functional theory study of active sites on nitrogen-doped graphene for oxygen reduction reaction

石墨烯 催化作用 密度泛函理论 氧还原反应 氮气 兴奋剂 材料科学 活动站点 纳米技术 反应机理 化学 组合化学 计算化学 物理化学 有机化学 电极 电化学 光电子学
作者
Ping Yan,Song Shu,Longhua Zou,Yongjun Liu,Jianjun Li,Fusheng Wei
出处
期刊:Royal Society Open Science [Royal Society]
卷期号:8 (9): 210272-210272 被引量:26
标识
DOI:10.1098/rsos.210272
摘要

Oxygen reduction reaction (ORR) remains challenging due to its complexity and slow kinetics. In particular, Pt-based catalysts which possess outstanding ORR activity are limited in application with high cost and ease of poisoning. In recent years, nitrogen-doped graphene has been widely studied as a potential ORR catalyst for replacing Pt. However, the vague understanding of the reaction mechanism and active sites limits the potential ORR activity of nitrogen-doped graphene materials. Herein, density functional theory is used to study the reaction mechanism and active sites of nitrogen-doped graphene for ORR at the atomic level, focusing on explaining the important role of nitrogen species on ORR. The results reveal that graphitic N (GrN) doping is beneficial to improve the ORR performance of graphene, and dual-GrN-doped graphene can demonstrate the highest catalytic properties with the lowest barriers of ORR. These results provide a theoretical guide for designing catalysts with ideal ORR property, which puts forward a new approach to conceive brilliant catalysts related to energy conversion and environmental catalysis.

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