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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».