Pyridinic-N Dominates ORR Performance: Decoding Configuration-Sensitive Electrocatalysis of N-Doped Graphene Quantum Dots

电催化剂 石墨烯 量子点 解码方法 石墨烯量子点 化学 量子 纳米电子学 催化作用 材料科学 纳米技术 量子计算机 物理 光电子学 凝聚态物理 氧还原反应
作者
Jiayu Yuan,Xiao‐Bao Yang,Haofan Wang,Yonghai Cao,Hongjuan Wang,Guangxing Yang,Hao Yu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (21): 18112-18122 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c04899
摘要

Developing low-cost, high-performance metal-free oxygen reduction catalysts demands precise quantification of structure-performance relationships in nitrogen-doped carbons. Structural search algorithms combined with density functional theory (DFT) enable comprehensive analysis of catalytic performance versus structural features. Using nitrogen-doped graphene quantum dots (NGQDs) as models, we computationally resolve how nitrogen species types (pyridinic-N, graphitic-N) and substitution positions influence the stability and intrinsic activity. Boltzmann statistics quantify the contributions of all configurations to the current density during oxygen reduction. Furthermore, we identify dominant configurations grouping NGQDs into configuration lumps. Thermodynamically, nitrogen atoms preferentially occupy carbon atoms at defect-adjacent sites as pyridinic-N. Their spatial distribution controls local atomic charge redistribution and adsorption environments, thereby modulating intrinsic activity. These materials exhibit extreme configuration sensitivity: thermodynamically stable dominant configurations may contribute minimally to current density. Crucially, lumped pyridinic-N configurations dominate ORR performance. This work provides theoretical insights supporting carbon adjacent to pyridinic-N as the primary active site in N-doped carbon ORR catalysts. It establishes a universal framework for analyzing structure–activity relationships in nonmodel catalytic systems.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
xingxingwang完成签到,获得积分10
1秒前
简单面包发布了新的文献求助10
2秒前
liu发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
3秒前
4秒前
俭朴兔子完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
个性的半梅完成签到,获得积分10
5秒前
7秒前
英俊的铭的应助被17ad6575ce3dd1b9采纳,获得20
7秒前
从容盼秋发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
黎秣发布了新的文献求助10
9秒前
11秒前
12秒前
标致无极完成签到,获得积分10
13秒前
科研通AI6.4的应助被杨建明采纳,获得10
14秒前
wudan完成签到,获得积分10
14秒前
15秒前
16秒前
犹犹豫豫完成签到,获得积分10
16秒前
打打的应助被kiwi386采纳,获得10
16秒前
Adrianlee的应助被kiwi386采纳,获得10
17秒前
研友_VZG7GZ的应助被kiwi386采纳,获得10
17秒前
CipherSage的应助被kiwi386采纳,获得10
17秒前
17秒前
亮子纠缠发布了新的文献求助10
17秒前
简单面包发布了新的文献求助10
18秒前
洁净雨发布了新的文献求助10
18秒前
18秒前
闪闪松鼠发布了新的文献求助10
18秒前
林子完成签到,获得积分20
19秒前
21秒前
22秒前
22秒前
23秒前
23秒前
SciGPT的应助被调皮无春采纳,获得10
23秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Linear Model and Extensions 5000
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 1000
Электротехническая система магнитожидкостной герметизации валов регулируемых электродвигателей 800
Holistic Discourse Analysis, Second Edition by Robert E. Longacre 666
Guidelines for fracture-safe and fatigue-reliable design of steel structures 600
The Basics of Practical Optimization, Second Edition 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7983104
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9443585
关于积分的说明 21086555
捐赠科研通 7557934
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3376416
关于科研通互助平台的介绍 2510594
邀请新用户注册赠送积分活动 2409672