FeRh and Nitrogen Codoped Graphene, a Highly Efficient Bifunctional Catalyst toward Oxygen Reduction and Oxygen Evolution Reactions

催化作用 同核分子 析氧 材料科学 双功能 电负性 异核分子 石墨烯 氧气 过渡金属 无机化学 过电位 化学 纳米技术 有机化学 电极 电化学 物理化学 分子
作者
Yanan Meng,Yan Gao,Kai Li,Hao Tang,Ying Wang,Zhijian Wu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:124 (17): 9142-9150 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.0c00249
摘要

Developing highly efficient, durable, low-cost electrocatalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) is very important for electrochemical devices. Herein, a series of homonuclear and heteronuclear transition metals and nitrogen codoped graphene (M2N6–Gra, FeMN6–Gra, M = Ru, Rh, Pd, Ag) serving as bifunctional electrocatalysts for ORR and OER are investigated by means of the density functional method. For ORR, FeRhN6–Gra has the best performance. The formation of *OH is the rate-determining step with a low energy barrier of 0.40 eV (compared with 0.80 eV for pure Pt) and a small overpotential of 0.26 V. For OER, Pd2N6–Gra has the best catalytic activity with a small overpotential of 0.30 V, followed by 0.43 V for FeRhN6–Gra. Therefore, FeRhN6–Gra shows excellent bifunctional catalytic activity toward both ORR and OER. Further experimental study of this compound should be rewarding. Interestingly, the ratio between electronegativity and the atomic radius of transition metals is found to be a good descriptor for evaluating the catalytic activity.
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