Skip to main content
main-content

Tipp

Weitere Artikel dieser Ausgabe durch Wischen aufrufen

01.12.2013 | Ausgabe 18-20/2013

Topics in Catalysis 18-20/2013

A First-Principles Study of the Role of Quaternary-N Doping on the Oxygen Reduction Reaction Activity and Selectivity of Graphene Edge Sites

Zeitschrift:
Topics in Catalysis > Ausgabe 18-20/2013
Autoren:
Xiaoguang Bao, Xiaowa Nie, Dieter von Deak, Elizabeth J. Biddinger, Wenjia Luo, Aravind Asthagiri, Umit S. Ozkan, Christopher M. Hadad

Abstract

Density functional theory (DFT) was used to investigate O2 chemisorption on the edge sites of graphene doped with quaternary nitrogen (N-graphene). The location of the doped quaternary N within the graphene cluster was systematically varied to determine the effect of interior versus edge doping on the reactivity of the edge graphene sites. Model 1b, where a quaternary-N atom is at the zigzag edge of the graphene cluster, is found to be the most favored structure and strongly adsorbs O2 molecule via a “two feet” geometry. For this most stable O2 binding configuration, the potential-dependent free energy of reaction for the subsequent oxygen reduction reaction (ORR) steps was evaluated. The favored four electron-proton transfer mechanism passes through a dissociative O*+OH* state instead of an OOH* intermediate, followed by a series of reduction steps to produce water. At the equilibrium potential for ORR of 1.23 V-NHE, the protonation of O* and OH* both show uphill steps, but the production of O* is facile with a small overpotential. An applied potential of −0.15 V-NHE is required to facilitate the protonation of OH* to water, a larger overpotential than observed experimentally. While solvent effects may reduce this overpotential, our results suggest that the edge of the N-graphene is very active towards activation of O2 and production of O* and OH* but because of strong binding of the oxygen atom, the subsequent steps of the ORR reaction will be hindered. Mechanisms that have OH* formed at the edge site and then move to adjacent sites for more facile protonation will have to be explored in the future.

Bitte loggen Sie sich ein, um Zugang zu diesem Inhalt zu erhalten

Sie möchten Zugang zu diesem Inhalt erhalten? Dann informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 69.000 Bücher
  • über 500 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Umwelt
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Testen Sie jetzt 30 Tage kostenlos.

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 50.000 Bücher
  • über 380 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Umwelt
  • Maschinenbau + Werkstoffe​​​​​​​




Testen Sie jetzt 30 Tage kostenlos.

Literatur
Über diesen Artikel

Weitere Artikel der Ausgabe 18-20/2013

Topics in Catalysis 18-20/2013 Zur Ausgabe

Premium Partner

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen. 

    Bildnachweise