First-principles calculation of the electronic properties of graphene clusters doped with nitrogen and boron; Analysis of catalytic activity for the oxygen reduction reaction
グラフェンクラスターにドープされた窒素及びホウ素の電子的性質の第一原理計算; 酸化還元反応における触媒活性の解析
Huang, S.-F.*; 寺倉 清之*; 尾崎 泰助*; 池田 隆司; Boero, M.*; 尾嶋 正治*; 尾崎 純一*; 宮田 清蔵*
Huang, S.-F.*; Terakura, Kiyoyuki*; Ozaki, Taisuke*; Ikeda, Takashi; Boero, M.*; Oshima, Masaharu*; Ozaki, Junichi*; Miyata, Seizo*
最近の研究により、窒素をドープしたカーボンアロイ触媒が燃料電池におけるカソード触媒の有力な候補であることが示唆されている。この論文は単純なクラスターモデルを用いて窒素ドープによって触媒活性が増強されるミクロな機構を明らかにすることを目的としている。密度汎関数理論に基づいた計算からドーパントの配置による電子構造及び安定性の違いを解析した。さらに、窒素とホウ素がコドープされた場合に解析を拡張することによって、窒素とホウ素のコドープによるさらなる触媒活性の向上を説明する2つの可能なシナリオを提案した。
Recent studies suggest that the carbon-alloy catalyst with doped nitrogen may be a powerful candidate for cathode catalyst of fuel cell. In this paper, we aim to clarify the microscopic mechanisms of the enhancement in the catalyst activity caused by nitrogen doping using a simple graphene cluster model. We analyze modifications in the electronic structures and the energetical stability for some different configurations of N doping. We extend the analysis to the case of co-doping of nitrogen and boron and propose two possible scenarios explaining the further enhancement of catalytic activity by N and B co-doping.