B,N共掺杂富勒烯C70作为氧还原和氧析出非金属电催化剂的理论研究

杨思伟, 黄旭日

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高等学校化学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (04) : 78-87.

B,N共掺杂富勒烯C70作为氧还原和氧析出非金属电催化剂的理论研究

  • 杨思伟, 黄旭日
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摘要

采用密度泛函理论研究了B,N共掺杂富勒烯C70[C68B(n)N(m),n,m=1~5,分别代表B和N取代的C位点]的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)性能.结果表明,C68B(n)N(m)在热力学上是稳定的,且其ΔG*OOH和ΔG*O与ΔG*OH均呈良好的线性关系.其中,C68B(4)N(2)与C68B(5)N(2)催化剂的ORR过电位为0.45 V,与商业Pt催化剂相当;C68B(4)N(1)的OER过电位最低(0.38 V),优于传统RuO2催化剂(0.42 V),C68B(1)N(3)也表现出与RuO2相当的OER活性.通过精确调控B,N共掺杂位置,可显著降低ORR与OER过电位,提升C70的催化性能.根据活性趋势图,C68B(n)N(m)的最佳ORR和OER活性分别出现在ΔG*O-ΔG*OH=0.92 eV和ΔG*O-ΔG*OH=1.42 eV处.研究结果为设计和发现新的非金属碳基电催化剂提供了线索.

关键词

非金属电催化剂 / 氧还原反应 / 氧析出反应 / 密度泛函理论

中图分类号

O643.36

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杨思伟, 黄旭日. B,N共掺杂富勒烯C70作为氧还原和氧析出非金属电催化剂的理论研究. 高等学校化学学报. 2025, 46(04): 78-87

基金

山西省高等学校科技创新项目(批准号:2023L417)资助

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