Показать меню
30 апр 21:16Политика

Дефекты в структуре графена увеличивают его электрокаталитическую активность

Дефекты в структуре графена увеличивают его электрокаталитическую активность

Ученые из Московского физико-технического института, Сколтеха и Объединенного института высоких температур РАН теоретически исследовали влияние дефектов в графене на перенос электронов на границе фаз графен/раствор. Расчеты показывают, что создание дефектов способно увеличить скорость переноса заряда на порядок. Причем, варьируя тип дефекта, можно селективно катализировать перенос электрона на определенный класс реагентов в растворе. Это свойство может очень пригодиться при создании чувствительных электрохимических сенсоров и электрокатализаторов. Работа выполнена при поддержке РФФИ. Результаты опубликованы в журнале Electrochimica Acta, кратко о них рассказывает пресс-служба МФТИ.

Графен имеет большой потенциал для применения в биосенсорах, солнечных элементах и химических источниках тока. Например, химически модифицированный графен может использоваться в качестве дешевого и эффективного аналога платиновых или иридиевых катализаторов в топливных элементах и металл-воздушных батареях. Электрохимические свойства графена сильно зависят от его химической структуры и электронных свойств, которые оказывают существенное влияние на кинетику окислительно-восстановительных процессов. Интерес к исследованию кинетики гетерогенного переноса электрона на поверхности графена в последнее время подогрет новыми экспериментальными данными, показывающими возможность ускорения переноса на структурных дефектах, таких, как вакансии, графеновые края, примесные гетероатомы, кислородсодержащие функциональные группы.

В данной работе ученые теоретически исследовали кинетику переноса электрона на поверхности графена, содержащего различные дефекты: одиночная и двойная вакансии, дефект Стоуна-Уэльса, примесный атом азота, -O- и -OH группы. Все эти изменения значительно влияли на константу скорости переноса. Наиболее выраженный эффект наблюдался для одиночной вакансии, для которой было предсказано ускорение переноса на порядок относительно бездефектного графена. Такое увеличение должно наблюдаться только для окислительно-восстановительных процессов со стандартным потенциалом от –0,2 В до 0,3 В (относительно стандартного водородного электрода). Расчеты также показали, что из-за низкой квантовой емкости графенового листа кинетикой переноса электрона можно управлять, изменяя емкость двойного слоя.

Сравнение электронных свойств бездефектного графена (a, f) и графена, содержащего вакансию (c, h). Возникновение локальных электронных состояний вблизи уровня ферми во втором случае катализирует неадиабатический гетерогенный перенос электрона. Источник: Vitaliy A. Kislenko, Electrochimica Acta

«В наших расчетах мы попытались установить взаимосвязь между кинетикой гетерогенного переноса электрона и изменениями электронных свойств графена, вызванными дефектами. Оказалось, что привнесение дефектов в идеальный графеновый лист может приводить к росту плотности электронных состояний вблизи уровня ферми и катализировать перенос электрона. При этом различные дефекты по-разному меняют плотность электронных состояний в различных энергетических областях, что создает предпосылки для реализации селективного электрохимического катализа. Мы полагаем, что эти эффекты могут быть полезны для применения в электрохимических сенсорах, а развиваемый нами теоретический аппарат — для направленного химического дизайна новых материалов для электрохимических приложений», — дополняет Сергей Кисленко, доцент кафедры физики высокотемпературных процессов МФТИ.

По материалам: polit
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Введите два слова, показанных на изображении: *
Лента новостей
РГСУ посетил Китайский народный университет и Столичный педагогический университет в рамках Годов российско-китайского сотрудничества23:05Эксперты Viatti напомнили, что важно проверить перед установкой зимних шин18:54В Колонном зале Дома союзов прошел памятный вечер в честь 90-летнего юбилея мэра Москвы Юрия Михайловича Лужкова14:22РГСУ развивает отношения с Северо-Западным университетом при содействии посольства КНР в Российской Федерации в РФ01:30В Сергиево-Посадском округе пройдет фестиваль исторической реконструкции «Заветы Сергия Радонежского»00:36Эксперты объяснили, как часто нужно измерять давление в шинах в зимний период13:44Прочность компонентов будущей шины оценивают до начала производства00:55В честь 90-летия Юрия Михайловича Лужкова агросектор Подмосковья установил мемориальную доску19:02В Кимрах стартовала масштабная акция, инициированная донорским мероприятием01:35За что в США судят адвокатов по асбестовым делам?21:00В «Крылатской 33» завершилось строительство монолитного клубного квартала из четырех секций11:46Компания fischer Россия: разработан новый дюбель SL для сквозного монтажа19:28В рамках программы «Большие гастроли» зрители Челябинска увидят пять выдающихся постановок Московского «Театра на Трубной»14:11Исследование: турист в Свердловской области едет за природой, культурой и путешествует всей семьей19:53Целесообразно ли развитие у детей навыков, не предусмотренных стандартной школьной программой00:27В Петрозаводске открылась выставка, на которой представлены работы участников пленэра молодых художников из разных регионов России21:20В год 90-летия Юрия Лужкова в Москве продолжается традиция праздничных субботников08:08В Татарстане отметили профессиональные достижения работников шинной отрасли18:27
Популярные новости
Выбор редакции