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밀도 함수 이론(DFT)을 적용하여 연료 전지의 산소 환원 반응(ORR) 음극 촉매로서 황 도핑 그래핀 클러스터를 연구하였다. Stone–Wales 결함이 있는/없는 여러 황 도핑 그래핀 클러스터를 조사하였고, 이들의 전자 구조, 반응 자유 에너지, 전이 상태 및 에너지 장벽을 계산하여 촉매 특성을 예측하였다. 결과는 황 원자가 그래핀 표면에 흡착될 수 있으며, 그래핀 가장자리의 탄소 원자를 황/황 산화물 형태로 대체하거나 두 개의 그래핀 시트를 황 클러스터 링을 형성하여 연결할 수 있음을 보여준다. 그래핀 가장자리에 위치한 황 또는 황 산화물이 있는 이 황 도핑 그래핀 클러스터는 ORR에 대한 전기 촉매 활성을 가진다. 촉매 활성 사이트는 도핑된 황 산화 원자의 지그재그 가장자리 또는 인근 탄소 원자에 분포하며, 이들은 큰 스핀 또는 전하 밀도를 가진다. 이러한 활성 촉매 사이트로서, 가장 높은 전하 밀도를 가진 황 원자는 두 전자 전이 경로를 따르며, 높은 스핀 또는 전하 밀도를 가진 탄소 원자는 네 전자 전이 경로를 따른다. 반응 에너지 장벽으로부터 예측하였을 때, 황 도핑 그래핀은 백금과 유사한 ORR 촉매 특성을 보일 수 있다고 하였다. 이 예측은 S 도핑 그래핀에 대한 실험 결과와 일치한다.
Zhang et al. (수요일) 이 질문을 연구하였다.