氮取代掺杂激活石墨烯碳：来自第一性原理的机理理解
材料科学
2015-04-17 v1
摘要
氮掺杂石墨烯和碳纳米管作为燃料电池核心的氧还原反应 (ORR) 的无金属电催化剂而备受关注。据报道，N 掺杂碳纳米管 (CNTs) 也能相互发生化学吸附，为其稳健的预定组装成器件和机械增强材料提供了一条途径。我们从第一性原理出发，提出了对这两个方面的共同机理理解，进一步指出在实验观察到的构型中，由于氮的取代导致了碳原子的普遍化学激活。基于 Wannier 函数的轨道分辨机理研究表明，为了保持碳原子间的-共轭，C-N 键级增加，导致机械应力以及氮和碳原子的电荷中性丧失，从而补救性地促进了 N 配位 C 原子的化学激活，且随着 N 配位数的增加和靠近锯齿形边缘而急剧增强。激活的 C 原子促进了自由基（一般情况）、与 ORR 相关的双自由基（如 O）以及其他类似激活的 C 原子的共价吸附，从而导致石墨烯纳米结构的自组装，同时保持对普通石墨烯 C 原子的惰性。
引用
@article{arxiv.1504.04119,
title = {Activation of Graphenic Carbon due to Substitutional Doping by Nitrogen: Mechanistic Understanding from First-principles},
author = {Joydeep Bhattacharjee},
journal= {arXiv preprint arXiv:1504.04119},
year = {2015}
}
备注
Accepted in J. Chem. Phys. Letters (Available as "Just Accepted" manuscripts)