高性能OER催化劑的開發(fā)與設計是電催化技術發(fā)展的關鍵。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機理。通過熱力學和動力學穩(wěn)定性分析，比較了最佳反應路徑和不同中間體的吸附位置。篩選出4種具有良好OER反應催化活性的催化劑。結果表明，對兩個羥基進行修飾后，四種催化劑構型的最佳過電位分別為0.54 V、0.50 V、0.54 V和0.61 V。這些催化劑對析氧反應(OER)具有優(yōu)異的催化活性。而且，這些催化劑具有良好的導電性，活性位點和吸附中間體可以穩(wěn)定地結合在一起。此外，還描述了氧吸附自由能與過電位之間的標度關系。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。
圖1. (a)不同碳氮配位催化劑的構型。(b)活動中心的頂視圖和側視圖。(c)催化劑模型的部分演示，其中灰色代表碳，藍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，淺綠色代表摻雜的稀土原子銪。
圖2. (a)不同N含量下的結合能、形成能和內聚能之間的關系。(b) - (e)催化劑的分子動力學。
圖3. 從左至右分別表示反應中間體在右側單活性位點、雙活性位點之間的橋鍵和左側單活性位點的吸附情況。
圖4. 堿性環(huán)境下不同的析氧反應路徑。
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的線性關系。
相關研究成果由江西理工大學材料冶金化學學部、材料科學與工程學院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
轉自《石墨烯研究》公眾號
