N掺杂石墨烯缺陷材料催化OER/ORR的第一性原理研究

黄智瑶, 李丽, 徐华卿, 杨一凡, 韦瑶瑶, 刘国魁, 夏其英

doi:10.7503/cjcu20240430

高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (02) : 127 -134. DOI: 10.7503/cjcu20240430

N掺杂石墨烯缺陷材料催化OER/ORR的第一性原理研究

黄智瑶, 李丽, 徐华卿, 杨一凡, 韦瑶瑶, 刘国魁, 夏其英

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摘要

非金属掺杂石墨烯基催化剂在催化析氧反应（OER）和氧还原反应（ORR）领域具有良好的应用前景.本文基于石墨烯常见双空位缺陷构建了非金属N掺杂的催化材料,对所有可能存在的活性位点进行了研究.通过密度泛函理论（DFT）计算发现,13个碳活性位点均不能有效吸附H₂O,而O₂可以被有效吸附.计算结果表明，最优的ORR催化位点是C12位点,其催化ORR的过电势为0.71 V;毗邻吡啶N的C10位点和C3位点的ORR催化效果稍差,过电势分别为0.75 V和0.78 V.研究结果证明非金属N掺杂缺陷石墨烯材料可应用于催化ORR,可为非金属催化OER/ORR反应提供理论支撑和指导.