Theoretical study on geometric, electronic and catalytic performances of Fe dopant pairs in graphene

文献情報

出版日 2017-09-08
DOI 10.1039/C7CP05683D
インパクトファクター 3.676
著者

Yanan Tang, Huadou Chai, Weiguang Chen, Xiao Cui, Yaqiang Ma, Mingyu Zhao


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要旨

The formation geometries, electronic structures and catalytic properties of monovacancy and divacancy graphene sheets with two embedded Fe dopants (2Fe-MG and 2Fe-DG) have been systematically investigated using the first-principles calculations. It was found that the configuration of 2Fe-DG is slightly more stable than that of 2Fe-MG sheets and the two doped Fe atoms in graphene (2Fe-graphene) as active sites could regulate the stability of gas molecules. In addition, the adsorption of O2 and CO molecules could modulate the electronic and magnetic properties of 2Fe-graphene systems. Moreover, the adsorption behaviors of reactants could determine the reaction pathway and energy barrier of the catalytic oxidation of CO. On the 2Fe-graphene substrates, the adsorptive decomposition of O2 molecules (<0.20 eV) and the subsequent Eley–Rideal (ER) reaction (2Oads + 2CO → CO2) (<0.60 eV) have low energy barriers. In comparison, the CO3 complex is quite stable and its formation needs to overcome a higher energy barrier (>0.90 eV). Hence, the dissociation of O2 as an initial step is an energetically more favored process. These results provide valuable guidance for the design of functionalized graphene-based devices.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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