전이금속이 없는 전기촉매 개발을 위해 흑연(graphitic) 구조에 헤테로원(heteroatom)을 도핑하는 연구가 활발히 진행되어 왔다. 그러나 헤테로원 선택은 비금속 원소로 제한되어 있으며, 헤테로원 도핑 흑연 재료는 비용과 안정성 측면에서 상업적 요구를 충족하지 못한다. 본 연구에서는 순수 흑연과 고체 안티몬(Sb)의 단순 기계화학적(mechanochemical) 반응을 통해 그래핀 나노플레이트렛(graphene nanoplatelets, GnPs)의 가장자리(edge)에 준금속(semi-metal) 안티몬(antimony, Sb)을 도핑한다. 안티몬(Sb)이 흑연 탄소와 형성하는 공유 결합은 원자 분해능 투과전자현미경(atomic-resolution transmission electron microscopy)으로 시각화하였다. Sb-도핑 GnPs는 산소 환원 반응(oxygen reduction reaction)에서 전기촉매 활성의 손실이 100,000 사이클 이후에도 나타나지 않는다. 밀도범함수이론(density functional theory) 계산 결과, Sb의 다양한 산화 상태(Sb(3+) 및 Sb(5+))가 이례적인 전기화학적 안정성을 담당하는 것으로 나타났다. Sb-도핑 GnPs는 안정한 탄소 기반 전기촉매를 설계하기 위한 새로운 통찰과 실용적인 방법을 제공할 수 있다.

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