In this study, we studied oxygen reduction reaction (ORR) on 2D carbon based materials theoretically. Three different carbon materials were modelled, nitrogen doped graphene (NGr), nitrogen doped graphene supported on SiC (NGr/SiC) and SiC buffer layer. We calculate reaction free energies of ORR on these systems by using DFT calculations and compare each onset potentials. The NGr/SiC showed a higher onset potential with more stabilization of * OOH and * O compared to the NGr. The reaction on the silicon carbide buffer layer exhibited the highest onset potential of 0.75 V. The carbons in the buffer layer chemically bonded to silicon are expected to chemically react without doping, unlike conventional graphene.
본 연구에서는 탄소 기반 이차원 물질의 탄화규소 지지효과에 따른 산소환원 반응에 대한 이론적인 연구를 수행하였다. 그래핀에 질소원자 하나가 도핑된 모델과(NGr), 탄화규소가 지지하는 질소가 도핑된 그래핀 모델(NGr/SiC), 그리고 탄화규소의 버퍼층 (SiC buffer layer) 위에서 산소 환원 반응에 대한 DFT계산을 수행하여 반응개시전류를 비교하였다. 탄화규소가 지지하는 모델의 경우 지지체가 없는 경우에 비해 *OOH와 *O를 더 안정화 시키면서 더 높은 반응개시전류를 보였다. 탄화규소 버퍼층 위에서의 반응은 가장 높은 반응개시전류 0.75 V 를 나타내었으며, 실리콘과의 화학결합을 하고 있는 버퍼층의 탄소들은 일반 그래핀과 다르게 도핑 없이도 화학적으로 반응에 참여할 수 있는 것으로 예상된다.
