Электрохимическая активность графена в реакциях восстановления кислорода

данной работе для исследования кинетики РВК было предложено использовать модельные графеновые электроды с низким (и контролируемым) количеством дефектов, синтезированные на металлической подложке методом химического газофазного осаждения. С помощью таких электродов был установлен механизм РВК на графене в апротонной среде. В частности, показано, что одноэлектронная РВК на графене протекает в адиабатическом режиме, и ее константа скорости практически не зависит от природы подложки графена. С помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на синхротронном излучении установлено, что в присутствии ионов Li+ углеродные электроды подвергаются окислению надпероксид-ионами с образованием преимущественно эфирных и карбонатных групп. Легирование графена атомами азота в замещающем положении приводит к увеличению константы скорости обеих электрохимических стадий восстановления кислорода в присутствии Li+, а также подавляет образование карбонатных групп при окислении графена, повышая его устойчивость к деградации. При этом установлено, что замещающие атомы бора в графене в ходе первой стадии РВК подвергаются необратимому окислению надпероксид-анионами, что приводит к снижению константы скорости этой стадии на несколько порядков. Также в работе предложен новый дескриптор для оценки активности легированного графена в РВК в водной среде – парциальная плотность состояний (PDOS) на адсорбционном центре, и продемонстрирована его применимость. Кроме того, показано, что эпокси-, карбонильные и лактонные группы на графене и графите не влияют на константу скорости первой стадии РВК в апротонной среде, но увеличивают скорость второй электрохимической стадии и скорость деградации графена.