构筑三维面外石墨烯边缘位点用于高选择性两电子氧还原电催化
材料科学
2020-07-07 v3 应用物理
摘要
选择性两电子氧还原反应（ORR）为过氧化氢合成提供了一条有前景的路线，而有缺陷的sp2碳基材料是该方法中具有吸引力且低成本的电催化剂。然而，由于材料合成过程中可能形成多种缺陷结构，精确活性位点的识别与制备仍具挑战。在此，我们报道了一种用于两电子ORR的基于石墨烯边缘的电催化剂——纳米线模板三维模糊石墨烯（NT3DFG）。NT-3DFG表现出优异的效率（相对于RHE的起始电位为0.79 0.01 V）、选择性（93 3 % H2O2），以及随石墨烯边缘位点密度可调的ORR活性。利用光谱表面表征和密度泛函理论计算，我们发现NT-3DFG边缘位点在碱性ORR条件下易被羰基（C=O）和羟基（C-OH）官能化。我们的计算表明，扶手椅型和锯齿型边缘的多种位点构型均可实现允许选择性两电子ORR的局域配位环境。我们基于局域配位环境推导出一个通用几何描述符，可在计算值的~0.1 V内预测石墨烯表面位点的活性。本文结合合成、光谱和模拟，以改进活性位点表征并加速碳基电催化剂的发现。
引用
@article{arxiv.1904.04946,
title = {Engineering Three-Dimensional (3D) Out-of-Plane Graphene Edge Sites for Highly-Selective Two-Electron Oxygen Reduction Electrocatalysis},
author = {Daniel San Roman and Dilip Krishnamurthy and Raghav Garg and Hasnain Hafiz and Noel Nuhfer and Venkatasubramanian Viswanathan and Tzahi Cohen-Karni},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.04946},
year = {2020}
}
备注
33 pages, 36 pages of Supporting Information