Bifunctional CoNx embedded graphene electrocatalysts for OER and ORR: A theoretical evaluation
Bifunctional CoNx embedded graphene electrocatalysts for OER and ORR: A theoretical evaluation
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用于 OER 和 ORR 的双功能 CoNx 嵌入石墨烯电催化剂：理论评估
DOI：
10.1016/j.carbon.2017.12.121
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发表时间：
2018-04
期刊：
影响因子：
10.9
通讯作者：
Wang Weichao
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang Xilin;Yang Zongxian;Lu Zhansheng;Wang Weichao
同时用于氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的双功能催化剂对于可逆燃料电池、金属-空气电池和水电解槽等电化学能源系统的发展具有重要意义。本文采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理方法，进一步提出了具有高ORR活性的Co和N共掺杂石墨烯体系（CoNx-gra，x = 1-4）作为有效的OER催化剂。结果表明，N掺杂浓度和结构对CoNx-gra在Co位上的ORR和OER活性均有影响。外推的0.37 V的过电位的ORR或OER的CoNx-石墨系统是可比的贵金属基准催化剂。活性的起源源于Co 3d轨道和O物种的p-轨道之间的适度杂化，由相邻的N配位环境所控制。我们的研究结果突出了过渡金属和非金属共掺杂石墨烯作为高效非贵金属双功能催化剂的潜在应用。
The bifunctional catalysts for both oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) are of importance to the development of electrochemical energy systems such as reversible fuel cells, metal-air batteries, and water electrolyzers. Here, using the first-principles methods based on density functional theory (DFT), the Co and N codoped graphene systems (CoNx-gra, x = 1–4) with high ORR activity were further suggested as efficient OER catalysts. It was found that the activity on Co site of CoNx-gra towards ORR and OER would be affected by both the N-dopant concentration and configuration. The extrapolated overpotential of 0.37 V for either ORR or OER on CoNx-gra systems is comparable to those of noble metal benchmark catalysts. The origin of the activity stems from moderate hybridization between Co 3d orbital and p-orbital from O species, governed by the neighboring N coordination environment. Our results highlight the potential application of transition metal and non-metal codoped graphene as efficient non-precious bifunctional catalysts.
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