آليات تفاعل تقليل الأكسجين على الجرافين المخلّق بالنيتروجين لخلايا الوقود

يعتبر الجرافين ومشتقاته جذابة للتطبيقات الكهروكيميائية في خلايا الوقود بسبب هياكلها الفريدة وخصائصها الإلكترونية. تم دراسة الآلية الكهروكيميائية للجرافين المخلّق بالنيتروجين في بيئة حمضية باستخدام نظرية الكثافة الوظيفية (DFT). تظهر المحاكاة أن تفاعل تقليل الأكسجين (ORR) على الجرافين المخلّق بالنيتروجين هو مسار مباشر لأربعة إلكترونات، وهو ما يتماشى مع الملاحظات التجريبية. تُظهر الطاقة المحسوبة لكل خطوة من خطوات ORR أن التفاعل يمكن أن يحدث بشكل عفوي على الجرافين المخلّق بالنيتروجين. تم تحديد المواقع النشطة الكهروكيميائية على الجرافين المخلّق بالنيتروجين الفردي، التي تمتاز بكثافة فائقة من الدوران الإيجابي أو بكثافة شحنات ذرية إيجابية عالية. يؤدى تضمين النيتروجين إلى إدخال كثافة دوران وشحنات ذرية غير متماثلة، مما يجعل من الممكن للجرافين المخلّق بالنيتروجين أن يظهر أنشطة كهروكيميائية عالية لتفاعل ORR.