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B,P单掺杂和共掺杂石墨烯对O,O2,OH和OOH吸附特性的密度泛函研究

孙建平 周科良 梁晓东

B,P单掺杂和共掺杂石墨烯对O,O2,OH和OOH吸附特性的密度泛函研究

孙建平, 周科良, 梁晓东
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  • 基于第一性原理的密度泛函理论研究了B, P单掺杂以及B, P共掺杂石墨烯对O, O2, OH和OOH的吸附特性. 通过分析吸附能、键长、 态密度以及电荷转移, 比较了不同掺杂对燃料电池氧还原反应(ORR)中间物吸附的影响, 进而探讨了反应过程, 并给出各步反应自由能的变化趋势. 结果表明: B, P单掺杂石墨烯对各中间物的吸附能存在线性关系, 掺P石墨烯吸附OOH的吸附能为3.26 eV, 远大于掺B石墨烯的吸附能0.73 eV; 掺P石墨烯较大的吸附能有利于中间物OOH中OO键的断裂, 掺B石墨烯吸附能小有利于中间物OH生成H2O脱附的反应发生; 而B, P 共掺杂石墨烯的吸附存在协同效应, 具有更好的催化ORR的反应能力.
      通信作者: 孙建平, sunjp@ncepu.edu.cn
    • 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 12MS26)和国家自然科学基金(批准号: 61372050)资助的课题.
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    Zhang H Q, Liang Y M, Zhou J X 2014 Acta Chim. Sin. 72 367

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-06-30
  • 修回日期:  2015-07-22
  • 刊出日期:  2016-01-05

B,P单掺杂和共掺杂石墨烯对O,O2,OH和OOH吸附特性的密度泛函研究

  • 1. 华北电力大学电气与电子工程学院, 北京 102206
  • 通信作者: 孙建平, sunjp@ncepu.edu.cn
    基金项目: 

    中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 12MS26)和国家自然科学基金(批准号: 61372050)资助的课题.

摘要: 基于第一性原理的密度泛函理论研究了B, P单掺杂以及B, P共掺杂石墨烯对O, O2, OH和OOH的吸附特性. 通过分析吸附能、键长、 态密度以及电荷转移, 比较了不同掺杂对燃料电池氧还原反应(ORR)中间物吸附的影响, 进而探讨了反应过程, 并给出各步反应自由能的变化趋势. 结果表明: B, P单掺杂石墨烯对各中间物的吸附能存在线性关系, 掺P石墨烯吸附OOH的吸附能为3.26 eV, 远大于掺B石墨烯的吸附能0.73 eV; 掺P石墨烯较大的吸附能有利于中间物OOH中OO键的断裂, 掺B石墨烯吸附能小有利于中间物OH生成H2O脱附的反应发生; 而B, P 共掺杂石墨烯的吸附存在协同效应, 具有更好的催化ORR的反应能力.

English Abstract

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