江西理工大学材料冶金化学学部、材料科学与工程学院Chao Liu等–碱性环境下羟基改性双稀土铕掺杂石墨烯析氧反应机理的理论研究

高性能OER催化剂的开发与设计是电催化技术发展的关键。本文基于密度泛函理论(DFT)，系统研究了碱性环境下羟基改性双稀土铕掺杂石墨烯的析氧反应机理。通过热力学和动力学稳定性分析，比较了最佳反应路径和不同中间体的吸附位置。筛选出4种具有良好OER反应催化活性的催化剂。结果表明，对两个羟基进行修饰后，四种催化剂构型的最佳过电位分别为0.54 V、0.50 V、0.54 V和0.61 V。这些催化剂对析氧反应(OER)具有优异的催化活性。而且，这些催化剂具有良好的导电性，活性位点和吸附中间体可以稳定地结合在一起。此外，还描述了氧吸附自由能与过电位之间的标度关系。本研究为今后稀土原子基OER催化剂的研究提供了新的思路和指导。

图1. (a)不同碳氮配位催化剂的构型。(b)活动中心的顶视图和侧视图。(c)催化剂模型的部分演示，其中灰色代表碳，蓝色代表氮而不是碳的配位，粉红色代表从空位缺陷中移除的原子，浅绿色代表掺杂的稀土原子铕。

图2. (a)不同N含量下的结合能、形成能和内聚能之间的关系。(b) – (e)催化剂的分子动力学。

图3. 从左至右分别表示反应中间体在右侧单活性位点、双活性位点之间的桥键和左侧单活性位点的吸附情况。

图4. 碱性环境下不同的析氧反应路径。

图5. EuEu(2OH)-N_xC_y-O-gra的变形电荷密度。

图6. 碱性环境下EuEu(2OH)-N_xC_y-gra的吉布斯自由能。

图7. ΔG_{O *}与η^OER的线性关系。

相关研究成果由江西理工大学材料冶金化学学部、材料科学与工程学院Chao Liu等人于2024年发表在Molecular Catalysis (https://doi.org/10.1016/j.mcat.2024.114053 )上。

原文：Theoretical study on oxygen evolution reaction mechanism of double rare earth europium-doped graphene under hydroxyl modification in alkaline environment