研究內(nèi)容:
雜元素?fù)诫s或官能化是碳材料常用的電催化位點調(diào)控方法,特別是用于電催化氧還原反應(yīng)(ORR),以(4e-路徑)H2O或(2e-路徑)H2O2作為產(chǎn)物。由于電催化氧還原反應(yīng)中,4e-和2e-路徑的強競爭關(guān)系,因此,要實現(xiàn)碳材料的電催化應(yīng)用,需要進(jìn)一步尋找高催化活性位點結(jié)構(gòu)篩選及定向構(gòu)建方法。
南京林業(yè)大學(xué)蔣劍春院士團(tuán)隊與上海大學(xué)王亮教授、美國辛辛那提大學(xué)鄔靜杰教授課題組通過DFT理論模擬篩具有2e-路徑高選擇性的N、B活性位點構(gòu)型,以石墨烯量子點(GQDs)為碳材料模型,定向構(gòu)建N-B-OH位點(NBO-GQDs),功能化后的GQDs表現(xiàn)出高性能的2e- ORR性能,促進(jìn)H2O2的合成。
在堿性電解液下,H2O2的選擇性高于90%;在12h的測試后,催化性能保持在90%以上;在流動池中,催化劑的質(zhì)量活性709 mmol gcatalyst-1 h-1。NBO-GQDs綜合催化性能高于目標(biāo)報道的大部分碳基電催化劑。DFT模擬揭示催化機(jī)理:N原子與-OH協(xié)同調(diào)控B原子位點,有助于弱化活性位點對反應(yīng)中間體(OOH*)的吸附,導(dǎo)致高選擇性的2e-路徑。
本研究為高效碳基催化劑的設(shè)計和制備提供了分子水平的調(diào)控方法。
本文亮點: