B、N共掺杂石墨烯电子结构和共掺杂表面吸附性能的第一性原理研究
本文选题:第一性原理 切入点:石墨烯 出处:《太原理工大学》2017年硕士论文
【摘要】:实验中已经证明石墨烯用作为电极材料具有很高的比容量,而且N和B掺杂的石墨烯对里空气电池中的氧还原有很好的催化作用,所以掺杂石墨烯作为具有催化性能的电极材料而广泛的应用锂空气电池中。本文采用第一性原理的研究方法,对不同晶胞类型的单层石墨烯进行硼、氮以邻、间、对位三种相对位置共掺杂,并对共掺杂石墨烯的电子结构和锂原子及氧气Li、O2在掺杂表面的吸附性能做了详细研究。主要研究结论如下:(1)B、N以邻、间、对三种相对位置共掺杂不同晶胞类型石墨烯,石墨烯的能带出现带隙,价带最高点和导带最低点都出现在布里渊区的同一点,带隙属于直接带隙,而且价带和导带的能带分布更靠近费米能级。间位共掺杂结构的带隙均小于邻位和对位,而具有最好的导电性能。(2)由于B、C、N三种元素电负性的差异,共掺杂结构的电子重新分布,其中间位结构中各原子的电荷转移量均小于邻位和对位。B、C、N原子间发生杂化,而且杂化主要发生在各原子的2p轨道,其中B-C原子杂化轨道的能量状态较高更靠近费米能级,C-N原子杂化轨道分布在能量较低的区域。(3)B、N原子共掺杂破坏了石墨烯结构中的π电子对,活化了石墨烯的表面。与石墨烯相比B、N掺杂表面为锂提供更稳定的吸附位点,氧气在掺杂表面的吸附能也增加,但仍属于物理吸附。
[Abstract]:It has been proved that graphene has high specific capacity as electrode material, and that N and B doped graphene can catalyze oxygen reduction in internal air batteries.Therefore, the doped graphene has been widely used in lithium air batteries as an electrode material with catalytic properties.In this paper, boron, nitrogen, para-position and boron were co-doped in three monolayer graphene monolayers with different unit cell types by first-principles method.The electronic structure of co-doped graphene and the adsorbability of lithium atom and oxygen Li-O _ 2 on the doped surface were studied in detail.The main conclusions are as follows: (1) the energy band gap of graphene, the highest point of valence band and the lowest point of conduction band of graphene are found at the same point in Brillouin region.The band gap belongs to the direct band gap, and the band distribution of valence band and conduction band is closer to Fermi energy level.The band gap of the mesopotopic co-doped structure is smaller than that of the adjacent and opposite sites, but it has the best conductivity. 2) due to the difference of the electronegativity of the three elements, the electron redistribution of the co-doped structure is observed.The charge transfer amount of each atom in its intermediate structure is smaller than that between adjoining and para-position. The hybridization occurs mainly in the 2p orbitals of each atom.The higher energy state of B-C atom hybrid orbital is closer to the Fermi energy level C-N atom hybrid orbital distribution in the lower energy region. The 蟺 electron pair in graphene structure is destroyed by co-doping of BN atom and the surface of graphene is activated.Compared with graphene, the BN doped surface provides a more stable adsorption site for lithium, and the adsorption energy of oxygen on the doped surface also increases, but still belongs to physical adsorption.
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O613.71;O647.3
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 ;石墨烯相变研究取得新进展[J];润滑与密封;2009年05期
2 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期
3 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期
4 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期
5 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期
6 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期
7 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期
8 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期
9 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期
10 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期
相关会议论文 前10条
1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年
6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
相关重要报纸文章 前10条
1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年
2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年
3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年
4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年
5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年
6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年
7 记者 谢荣 通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年
8 本报记者 纪爱玲;石墨烯:市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年
9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年
10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年
相关博士学位论文 前10条
1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年
2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年
3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年
4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年
5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年
6 姜丽丽;石墨烯及其复合薄膜在电极材料中的研究[D];西南交通大学;2015年
7 姚成立;多级结构石墨烯/无机非金属复合材料的仿生合成及机理研究[D];安徽大学;2015年
8 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年
9 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年
10 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年
3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年
4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年
5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年
6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年
7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年
8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年
9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年
10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年
,本文编号:1724119
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/1724119.html