Адсорбция молекулярного кислорода на N-графен

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Проведено исследование адсорбции и диссоциации молекулярного кислорода на поверхности эпитаксиальной системы N-графен/Au/Ni(111) с высоким кристаллическим качеством N-графена. Данная система сформирована таким образом, что азотные примеси в ней представлены исключительно графитовой и пиридиновой конфигурациями в равных концентрациях. При помощи рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и расчетов в рамках теории функционала плотности определена взаимосвязь между химическим сдвигом N 1s остовного уровня, наблюдаемым после адсорбции молекулярного кислорода, и атомным положением отдельных атомов кислорода после диссоциации молекул.

Full Text

Restricted Access

About the authors

К. А. Бокай

Санкт-Петербургский государственный университет

Author for correspondence.
Email: k.bokai@spbu.ru
Russian Federation, г. Санкт-Петербург

О. Ю. Вилков

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: k.bokai@spbu.ru
Russian Federation, г. Санкт-Петербург

Д. Ю. Усачев

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: k.bokai@spbu.ru
Russian Federation, г. Санкт-Петербург

References

  1. Shao M., Chang Q., Dodelet J.-P. et al. // Chem. Rev. 2016. V. 116. P. 3594. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00462
  2. Tian X., Lu X.F., Xia B.Y. et al. // Joule. 2020. V. 4. P. 45. https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.12.014
  3. Wu D., Shen X., Pan Y. et al. // ChemNanoMat. 2020. V. 6. P. 32. https://doi.org/10.1002/cnma.201900319
  4. Ma R., Lin G., Zhou Y. et al. // npj Comput. Mater. 2019. V. 5. P. 78. https://doi.org/10.1038/s41524-019-0210-3
  5. Duan J., Chen S., Jaroniec M. et al. // ACS Catal. 2015. V. 5. P. 5207. https://doi.org/10.1021/acscatal.5b00991
  6. Yang H.B., Miao J., Hung S.-F. et al. // Sci. Adv. 2016. V. 2. P. e1501122. https://doi.org/10.1126/sciadv.1501122
  7. Doronin S.V., Volykhov A.A., Inozemtseva A.I. et al. // J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124. P. 6038. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b09668
  8. Zhang L., Xia Z. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 11170. https://doi.org/10.1021/jp201991j
  9. Zhang Y., Ge J., Wang L. et al. // Sci. Rep. 2013. V. 3. P. 2771. https://doi.org/10.1038/srep02771
  10. Vazquez-Arenas J., Galano A., Lee D.U. et al. // J. Mater. Chem. A. 2016. V. 4. P. 976. https://doi.org/10.1039/C5TA06653K
  11. Ganyecz Á., Kállay M. // J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. P. 8551. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c11340
  12. Skorupska M., Ilnicka A., Lukaszewicz J.P. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 23970. https://doi.org/10.1038/s41598-021-03403-8
  13. Usachov D. Yu., Vilkov O. Yu., Grüneis A. et al. // Nano Lett. 2011. V. 11. P. 5401. doi: 10.1021/nl2031037
  14. Li X.-F., Lian K.-Y., Liu L. et al. // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 23495. https://doi.org/10.1038/srep23495
  15. Li B., Zhang S., Cui C. et al. // Energy Fuels. 2023. V. 37. P. 902. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.2c03517
  16. Deokar G., Jin J., Schwingenschlögl U. et al. // npj 2D Mater. Appl. 2022. V. 6. P. 14. https://doi.org/10.1038/s41699-022-00287-8
  17. Casolo S., Martinazzo R., Tantardini G.F. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 3250. https://doi.org/10.1021/jp109741s
  18. Schiros T., Nordlund D., Pálová L. et al. // Nano Lett. 2012. V. 12. P. 4025. https://doi.org/10.1021/nl301409h
  19. Ni S., Lia Z., Yang J. // Nanoscale. 2012. V. 4. P. 1184. https://doi.org/10.1039/C1NR11086A
  20. Yan H.J., Xu B., Shi S.Q. et al. // J. Appl. Phys. 2012. V. 112. P. 104316. https://doi.org/10.1063/1.4766919
  21. Jalili S., Vaziri R. // Mol. Phys. 2011. V. 109. P. 687. https://doi.org/10.1080/00268976.2010.547523
  22. Lv Q., Wang N., Si W. et al. // Appl. Catal. B Environ. 2020. V. 261. P. 118234. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118234
  23. Srivastava D., Susi T., Borghei M. et al. // RSC Adv. 2014. V. 4. P. 15225. https://doi.org/10.1039/c3ra47784c
  24. Yang M., Wang L., Li M. et al. // AIP Adv. 2015. V. 5. P. 067136. https://doi.org/10.1063/1.4922841
  25. Scardamaglia M., Susi T., Struzzi C. et al. // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 7960. https://doi.org/10.1038/s41598-017-08651-1
  26. Niwa H., Horiba K., Harada Y. et al. // J. Power Sources. 2009. V. 187. P. 93. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.10.064
  27. Lai L., Potts J.R., Zhan D. et al. // Energy Environ. Sci. 2012. V. 5. P. 7936. https://doi.org/10.1039/C2EE21802J
  28. Zhang C., Hao R., Liao H. et al. // Nano Energy. 2013. V. 2. P. 88. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.021
  29. Wang N., Lu B., Li L. et al. // ACS Catal. 2018. V. 8. P. 6827. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b00338
  30. Haque E., Zavabeti A., Uddin N. et al. // Chem. Mater. 2020. V. 32. P. 1384. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.9b03354
  31. Kundu S., Nagaiah T.C., Xia W. et al. // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113. P. 14302. https://doi.org/10.1021/jp811320d
  32. Rao C.V., Cabrera C.R., Ishikawa Y. // J. Phys. Chem. Lett. 2010. V. 1. P. 2622. https://doi.org/10.1021/jz100971v
  33. Xing T., Zheng Y., Li L.H. et al. // ACS Nano. 2014. V. 8. P. 6856. https://doi.org/10.1021/nn501506p
  34. Guo D., Shibuya R., Akiba C. et al. // Science. 2016. V. 351. P. 361. https://doi.org/10.1126/science.aad0832
  35. Li L., Dai P., Gu X. et al. // J. Mater. Chem. A. 2017. V. 5. P. 789. https://doi.org/10.1039/C6TA08016B
  36. Wang T., Chen Z.-X., Chen Y.-G. et al. // ACS Energy Lett. 2018. V. 3. P. 986. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.8b00258
  37. Jain D., Zhang Q., Hightower J. et al. // ChemCatChem. 2019. V. 11 P. 5945. https://doi.org/10.1002/cctc.201901883
  38. Usachov D. Yu., Fedorov A.V., Vilkov O. Yu. et al. // Phys. Solid State. 2013. V. 55. P. 1325. https://doi.org/10.1134/S1063783413060310
  39. Usachov D. Yu., Fedorov A., Vilkov O. Yu. et al. // Nano Lett. 2014. V. 14. P. 4982. https://doi.org/10.1021/nl501389h
  40. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. // Phys. Rev. Lett. 1997. V. 78. P. 1396. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.1396
  41. Koepernik K., Eschrig H. // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. P. 1743. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.1743
  42. Vilkov O. Yu., Tarasov A.V., Bokai K.A. et al. // Carbon. 2021. V. 183. P. 711. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.07.038
  43. Zhao W., Höfert O., Gotterbarm K. et al. // J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. P. 5062. https://doi.org/10.1021/jp209927m
  44. Koch R.J., Weser M., Zhao W. et al. // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. P. 075401. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.075401
  45. Grüneis A., Kummer K., Vyalikh D.V. // New J. Phys. 2009. V. 11. P. 073050. https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/7/073050
  46. Wie M., Fu Q., Yang Y. et al. // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. P. 13590. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b01395
  47. Vinogradov N.A., Schulte K., Ng M.L. et al. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 9568. https://doi.org/10.1021/jp111962k
  48. Larciprete R., Lacovig P., Gardonio S. et al. // J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. P. 9900. https://doi.org/10.1021/jp2098153
  49. Jordan J.L., Kovac C.A., Morar J.F. et al. // Phys. Rev. B. 1987. V. 36. P. 1369. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.36.1369
  50. Arrigo R., Hävecker M., Wrabetz S. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2010. V. 132. P. 9616. https://doi.org/10.1021/ja910169v
  51. Fan X., Yu C., Yang J. et al. // Carbon. 2014. V. 70. P. 130. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2013.12.081
  52. Díez N., Śliwak A., Gryglewicz S. et al. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 81831. https://doi.org/10.1039/C5RA14461B
  53. Kapitanova O.O., Kataev E.Y., Usachov D. Yu. et al. // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. P. 27915. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b07840
  54. Hossain M., Johns J., Bevan K. et al. // Nature Chem. 2012. V. 4. P. 305. https://doi.org/10.1038/nchem.1269
  55. Dai Y., Ni S., Li Z. et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 2013. V. 25. P. 405301. https://doi.org/10.1088/0953-8984/25/40/405301
  56. Payne B.P., Biesinger M.C., McIntyre N.S. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenomena. 2009. V. 175. P. 55. https://doi.org/10.1016/j.elspec.2009.07.006
  57. Payne B.P., Biesinger M.C., McIntyre N.S. // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenomena. 2012. V. 185. P. 159. https://doi.org/10.1016/j.elspec.2012.06.008
  58. Shevelev V.O., Bokai K.A., Makarova A.A. et al. // J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124. P. 17103. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c04830
  59. Bokai K.A., Shevelev V.O., Marchenko D. et al. // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 565. P. 150476. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.150476

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. XPS spectra of the core level N 1s for a freshly prepared sample of N-graphene/Ni(111) (a), after gold intercalation (b) and after the conversion procedure (c). The figure additionally shows the spectra of the C 1s backbone level corresponding to individual stages of the experiment.

Download (32KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. XPS spectra of the core level N 1s for the sample N-graphene/Au/Ni(111) after conversion (a), after adsorption of molecular oxygen (b) and after annealing in vacuum (c). The figure additionally shows the spectra of the O 1s core level corresponding to individual stages of the experiment.

Download (34KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Optimized N-graphene cells with graphite nitrogen and two adsorbed oxygen atoms. Carbon atoms are represented in gray, nitrogen in blue, and oxygen in red. The elementary cells are outlined with a dotted line – (a, b). The spectrum of the backbone level N 1s of the N-graphene/Au/Ni(111) system after adsorption of molecular oxygen, where the dotted lines indicate the calculated chemical shifts (b).

Download (60KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences