在M-N-C催化剂中利用层间相互作用,提高氧降低反应中的活性
Yulan Han1,2, Ke Ye2, Yang Huang1
1School of Chemistry and Chemical Engineering, Queen's University Belfast, Belfast BT9 5AG, U.K.
原子分散的金属--碳催化剂对燃料电池来说非常有前途. 这项研究揭示了多层结构,特别是外平面配置,如何通过优化OH吸附来显著提高氧降解反应性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 计算化学计算化学
背景情况:
- 原子分散的金属--碳 (M-N-C) 材料是燃料电池中氧降解反应 (ORR) 的关键催化剂.
- 在计算研究中,M-N-C催化剂的多层性质一直被低估.
研究的目的:
- 通过使用第一原则计算,研究双层M-N-C结构对ORR活动的影响.
- 了解层间相互作用如何影响催化性能和超电位.
主要方法:
- 在双层M-N-C模型上使用了第一原则计算 (TMNx/G-TMNy/G,其中TM=Mn,Fe,Co,Ni,Cu和G=石墨烯).
- 分析了顶部活跃站点上底层的内平面与外平面配置的影响.
- 进行了恒定电位计算,以评估OH结合能量的电压依赖性.
主要成果:
- 在底层的外平面TMN3配置通过层间粘结显著影响OH吸附的自由能量.
- 利用这些层间相互作用减少了对CoN4,NiN4和CuN4活性位点的ORR过度潜力.
- 在CoN4/G-CuN3/G模型上,至少达到0.40V的超电位.
- 在恒定电位计算中,OH的结合能量对外部电压的依赖性很弱.
结论:
- 多层M-N-C材料中的层间相互作用对于优化ORR催化至关重要.
- 外平面配置为设计高性能M-N-C催化剂提供了新的途径.
- 对多层效应的计算洞察力可以指导先进的燃料电池催化剂的开发.
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