Graphene–hBN non-van der Waals vertical heterostructures for four- electron oxygen reduction reaction

文献情報

出版日 2019-01-18
DOI 10.1039/C8CP06155F
インパクトファクター 3.676
著者

Pankaj Kumar Rastogi, Krishna Rani Sahoo, Pallavi Thakur, Rahul Sharma, Sumit Bawari, Ramakrishna Podila, Tharangattu N. Narayanan


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要旨

A novel vertical non-van der Waals (non-vdW) heterostructure of graphene and hexagonal boron nitride (G/hBN) is realized and its application in direct four-electron oxygen reduction reaction (ORR) in alkaline medium is established. The G/hBN differs from previously demonstrated vdW heterostructures, where it has a chemical bridging between graphene and hBN allowing a direct charge transfer – resulting in high ORR activity. The ORR efficacy of G/hBN is compared with that of graphene–hBN vdW structure and individual layers of graphene and hBN along with that of benchmark platinum/carbon (Pt/C). The ORR activity of G/hBN is found to be on par with Pt/C in terms of current density but with much higher electrochemical stability and methanol tolerance. The onset potential of the G/hBN is found to be improved from 780 mV at a glassy carbon electrode to 930 mV and 940 mV in gold and platinum electrodes, respectively, indicating its substrate-dependent catalytic activity. This opens possibilities of new benchmark catalysts of metals capped with G/hBN atomic layers, where the underneath metal is protected while keeping the activity similar to that of pristine metal. Density functional theory-based calculations are found to be supporting the observed augmented ORR performance of G/hBN.

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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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