当前位置:主页 > 科技论文 > 化学论文 >

若干石墨烯基材料催化性能的理论研究

发布时间:2018-12-25 12:28
【摘要】:随着工业技术快速发展,化石能源消耗巨大,能源危机和环境污染问题日渐突出,清洁能源转换装置是解决相关问题的有效方法。燃料电池就是一种具有能源使用率高又不污染环境的能量转化装置。传统燃料电池阴极使用的Pt基催化剂,由于其昂贵的价格、低丰度、低耐久度以及CO中毒等问题,阻碍了其商业化的快速发展。相关实验和理论研究发现,非金属掺杂的石墨烯材料可以做为替代Pt基催化剂的潜在的新型电极催化剂。该文使用基于包含色散矫正的密度泛函理论(DFT-D)的第一性原理方法探索了硫掺杂石墨烯(SGV)上的氧还原反应(ORR)机理,以及硅和磷双掺杂石墨烯(Si-P-G)的直接合成过氧化氢(DSHP)的反应机理,主要研究工作及结果如下:1.通过基于包含色散矫正的密度泛函理论研究了SGV上的氧还原反应机理,并且给出了其动力学和热力学过程的全部细节。计算结果说明,SGV相当稳定,而且S掺杂剂做为潜在的活性中心。根据动力学过程分析,这里有两种ORR可能的路径:OOH解离过程和OOH加氢过程,对应的限速步分别为0.75 eV和0.62 eV。ORR过程的吉布斯自由能表明HOOH加氢是最佳路径,甚至在0.86 V的高电势下也可以进行。DFT-D计算表明SGV是催化ORR过程的高效催化剂。2.通过基于含色散矫正的密度泛函理论研究了Si-P-G上的氧还原反应机理。最稳定的Si-P-G构型中,掺杂剂区域对吸附和还原氧分子扮演了重要的角色。根据动力学和热力学分析,二电子路径是DSHP的还原过程。O_2加氢形成OOH是限速步,对应的势垒是0.66 eV。势能面通过计算吉布斯自由能给出。所有的结果表明Si-P-G是一个对DSHP具有高活性和高选择性的催化剂。
[Abstract]:With the rapid development of industrial technology, fossil energy consumption is huge, energy crisis and environmental pollution problems are increasingly prominent, clean energy conversion device is an effective method to solve the related problems. Fuel cell is a kind of energy conversion device with high energy efficiency and no pollution to the environment. Because of its high price, low abundance, low durability and CO poisoning, the traditional Pt catalyst used in the cathode of fuel cell has hindered the rapid development of its commercialization. Related experiments and theoretical studies show that nonmetal doped graphene can be used as a potential new electrode catalyst instead of Pt based catalyst. The first principle method based on density functional theory (DFT-D) including dispersion correction is used to explore the (ORR) mechanism of oxygen reduction over sulfur doped graphene (SGV). The mechanism of the direct synthesis of hydrogen peroxide (DSHP) from silicon and phosphorus double doped graphene (Si-P-G) is discussed. The main results are as follows: 1. Based on the density functional theory including dispersion correction, the mechanism of oxygen reduction on SGV is studied, and all the details of its kinetic and thermodynamic processes are given. The results show that SGV is quite stable and S dopant is the potential active center. According to the kinetic process analysis, there are two possible paths for ORR: OOH dissociation process and OOH hydrogenation process. The Gibbs free energy of the corresponding rate-limiting steps of 0.75 eV and 0.62 eV.ORR shows that HOOH hydrogenation is the best path. DFT-D calculations show that SGV is an efficient catalyst for the catalytic ORR process. Based on the density functional theory (DFT) with dispersion correction, the mechanism of oxygen reduction on Si-P-G was studied. In the most stable Si-P-G configuration, the dopant region plays an important role in the adsorption and reduction of oxygen molecules. According to the kinetic and thermodynamic analysis, the two-electron path is the reduction process of DSHP. The hydrogenation of O _ s _ 2 to OOH is a rate-limiting step with a corresponding barrier of 0.66 eV.. The potential energy surface is given by calculating Gibbs free energy. All the results show that Si-P-G is a catalyst with high activity and selectivity to DSHP.
【学位授予单位】:河南师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O643.36

【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 李加杰;改性石墨烯的设计制备及电化学储能研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

2 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

3 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

4 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年

5 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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

相关硕士学位论文 前10条

1 李硕;若干石墨烯基材料催化性能的理论研究[D];河南师范大学;2017年

2 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

3 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

4 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年

5 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

6 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年

7 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

8 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年

9 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

10 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



本文编号:2391119

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/2391119.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户45057***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com