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Effect of nitrogen-doping configuration in graphene on the oxygen reduction reaction

机译：石墨烯中氮气掺杂构型对氧还原反应的影响

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摘要

In this study, we investigate the oxygen reduction reaction (ORR) reactivity of nitrogen-doped graphene by using density functional theory (DFT), a computational quantum mechanical technique. Four doping configurations and five models were comprehensively studied: quaternary nitrogen (NQ), pyrrolic nitrogen (N5), two forms of pyridinic nitrogen (N6, N6nH) and three-pyridinic nitrogen (3N6). Models for possible sites during each step of ORR were set up and visualized to provide a platform to calculate the free energy of the reaction pathway to determine the suitability of each doping scenario. Associative mechanisms were displayed by all models except N5, which showed dissociative mechanism. The calculated free energy pathways demonstrate that the ranking of the reactivity for ORR by different nitrogen configurations from most reactive to least reactive is N6, NQ, N6nH, 3N6, and N5. Spin density and charge density aid in describing levels of reactivity.
机译：在该研究中，我们研究了使用密度泛函理论（DFT），计算量子机械技术来研究氮掺杂石墨烯的氧还原反应（ORR）反应性。 综合研究了四种掺杂配置和五种模型：季氮（NQ），吡咯氮（N5），两种形式的吡啶氮（N6，N6NH）和三吡啶氮（3N6）。 在ORR的每个步骤期间的可能站点的模型设置并可视化以提供计算反应途径的自由能的平台，以确定每个掺杂情况的适用性。 除N5之外的所有模型都显示了联想机制，显示了解离机制。 计算的自由能途径表明，来自大多数反应性的不同氮气配置的ORR的反应性的排名是N6，NQ，N6NH，3N6和N5。 旋转密度和充电密度有助于描述反应性水平。

著录项

  • 来源
    《RSC Advances》 |2019年第11期|共7页
  • 作者

    Tai Shih-Hsuan; Chang Bor Kae;

  • 作者单位

    Natl Cent Univ Dept Chem &

    Mat Engn Taoyuan 32001 Taiwan;

    Natl Cent Univ Dept Chem &

    Mat Engn Taoyuan 32001 Taiwan;

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  • 正文语种 eng
  • 中图分类 化学;
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