【摘 要】
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作为一种可持续能源,燃料电池由于其效率较高、环境污染较小,近些年在能源领域越来越收到人们的关注。氧气在电极材料的表面发生氧化还原(ORR)反应时的反应效率对燃料电池的
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作为一种可持续能源,燃料电池由于其效率较高、环境污染较小,近些年在能源领域越来越收到人们的关注。氧气在电极材料的表面发生氧化还原(ORR)反应时的反应效率对燃料电池的性能有至关重要的影响。传统条件下,用铂(Pt)作为催化电极去促进氧化还原反应的速率和效率。但是,Pt作为一种贵重金属,由于其价格一直以来都很昂贵,阻碍了燃料电池在日常生活中大规模的普及应用。所以,找寻一种更高效的,可以替换pt作为燃料电池中的催化电极的新材料就显得尤为迫切。自从1991年,单壁碳纳米管(SWCNT)被Iijima发现以来,科研人员对这一领域相关技术的研究进行了前赴后继的探索。最近几年,人们发现可以通过掺杂改性的方式去改变SWCNT的物理化学等各种性能。最近我们的研究表明,通过镍(Ni)掺杂的碳纳米管对于氧气分子具有良好的电催化活性,有望替换Pt作为燃料电池的电极材料,为此,我们对O2分子在镍掺杂SWCNT表面的各种吸附和解离过程做了一系列理论上计算和模拟。本文主要用基于DFT(密度泛函理论)的First-principles结和nudged elastic band(NEB)的方法计算了 Ni掺杂对O2在单壁碳纳米管表面吸附过程和解离途径的影响。我们的计算结果显示,通过Ni掺杂,氧气分子可以很容易的吸附在碳纳米管表面,并且具有足够高的吸附能去改变氧-氧键(O-O)。更重要的是,氧气分子在经过Ni掺杂的SWCNT表面的解离能可以减少到0.399 eV,相对于Pt掺杂的SWCNT这是一个巨大的进步。我们的成果为进一步制作基于SWCNT的无Pt的燃料电池的电极材料提供了有益的借鉴。
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