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基于第一性原理的锂空气电池钌掺杂石墨烯正极氧还原反应机理研究

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双电解液锂空气电池因其高理论能量密度受到广泛研究,但电池正极侧氧还原反应(ORR)速率低,其反应速率是限制锂空气电池发展的主要因素之一.本文提出了以钌(Ru)掺杂单层石墨烯作为正极ORR催化剂,采用第一性原理计算nRu(n=1～3)掺杂石墨烯的电子结构和氧气在Ru掺杂石墨烯表面的吸附性能,并以过渡态搜索方法获得ORR反应路径,研究碱性溶液中Ru掺杂单层石墨烯作用下的ORR机理.研究结果表明,经Ru原子掺杂后,石墨烯能够获得稳定的掺杂结构,且电导率显著提升.同原始单层石墨烯相比,Ru掺杂石墨烯增强了对O2的吸附能力.在三Ru(n=3)掺杂石墨烯表面进行的ORR无需克服任何能垒.此外,三Ru掺杂石墨烯表面对OH基团的吸附能最低,有利于ORR的连续进行.研究表明三Ru掺杂石墨烯有望成为一种新型的ORR催化剂以提高双电解液锂空气电池的性能.
First-principles study on the mechanism of ruthenium doped graphene cathode oxygen reduction in lithium-air batteries

张唐虎、李强、张添昱、王金朋、孙红

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沈阳建筑大学 机械工程学院, 沈阳110168

锂空气电池 钌掺杂单层石墨烯 氧还原 第一性原理

国家自然科学基金辽宁省"兴辽英才计划"项目

51776131XLYC1802045

2022

10.19855/j.1000-0364.2022.041006

原子与分子物理学报
四川大学,四川省物理学会,中国物理学会原子与分子物理专业委员会

原子与分子物理学报

北大核心
影响因子：0.296
ISSN：1000-0364
年,卷(期)：2022.39(4)
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