锂空电池正极催化剂TiO 2 和CeO 2 第一性原理研究

发布时间：2021-02-17 19:29

　　锂空电池因其超高的比能量引起广大研究人员的广泛关注,但其商业化进程仍面临着一些关键性问题亟待解决,其中关于非水锂空电池的重要问题之一是正极缓慢电化学动力学所导致的倍率性能差、充放电能量效率低和循环稳定性差等,而一种新型高效催化材料是解决这一问题的有效途径。TiO₂和CeO₂是催化氧化还原反应的高性能材料并广泛应用于工业催化领域。本文采用第一性原理计算方法,选用TiO₂和CeO₂作为锂空电池正极催化材料,并采用过渡族金属元素进行掺杂改性,研究目标是探究掺杂改性影响催化材料性能的本征因素。本工作首先分别建立TiO₂（101）和CeO₂（111）模型,进行表面反应产物路径研究,计算充放电过程中的理论过电势,以过电势表征催化性能,用过渡族金属对材料进行掺杂改性,探究过渡族金属掺杂带来的影响本质因素。先选择TiO₂为研究对象,探究影响催化性能因素,和已发表的实验数据相校核,再研究CeO₂进一步验证完善所得结论。TiO

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 锂空电池的研究背景、意义
    1.2 锂空电池的分类
    1.3 有机电解液锂空电池的反应原理
    1.4 锂空电池所面临的亟待解决的问题和相应方案
    1.5 锂空电池常用的催化剂
2和CeO₂ 在锂空电池中的研究现状">    1.6 TiO₂和CeO₂ 在锂空电池中的研究现状
    1.7 本文研究内容及重要性
2 第一性原理理论基础及计算方法
    2.1 绝热近似-Born-Oppenheimer近似
    2.2 单电子近似
    2.3 密度泛函理论（DFT）
        2.3.1 早期密度泛函理论
        2.3.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.3.3 Kohn-Sham方程
        2.3.4 局域密度近似（Local Density Approximation,LDA）
        2.3.5 广义梯度近似（Generalized Gradient Approximation,GGA）
        2.3.6 赝势
        2.3.7 Hubbard参数U的引入（DFT+U）
    2.4 本课题所用的软件和硬件条件
        2.4.1 VASP（Vienna Ab-inito Simulation Package）软件简介
        2.4.2 MS（Materials Studio）软件简介
        2.4.3 课题组软、硬件条件
    2.5 本章小结
2（101）作为锂空电池正极催化剂">3 Mn掺杂改性TiO₂（101）作为锂空电池正极催化剂
2（101）建模、计算方法以及相关公式">    3.1 TiO₂（101）建模、计算方法以及相关公式
2 生成路径及吉布斯自由能计算">    3.2 Li2O₂ 生成路径及吉布斯自由能计算
    3.3 Mn掺杂改性前后电池充放电过电势计算
2（101）影响锂空电池催化本质因素">    3.4 Mn掺杂TiO₂（101）影响锂空电池催化本质因素
        3.4.1 态密度
        3.4.2 氧空位形成能
        3.4.3 d态轨道平均能量
    3.5 本章小结
2（111）作为锂空电池正极催化剂">4 过渡族金属掺杂CeO₂（111）作为锂空电池正极催化剂
2（111）计算方法、建模、参数选取">    4.1 CeO₂（111）计算方法、建模、参数选取
    4.2 锂氧化物生成路径及吉布斯自由能计算
    4.3 Rh,Pt,Ag掺杂改性前后电池充放电过电势计算
2（111）影响的本质因素探究">    4.4 Rh,Pt,Ag掺杂CeO₂（111）影响的本质因素探究
        4.4.1 态密度
        4.4.2 氧空位,d态轨道平均能量
2（111）影响的本质因素探究">    4.5 过渡族金属掺杂CeO₂（111）影响的本质因素探究
    4.6 本章小结
结论
展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]双氮协同钴掺杂锐钛矿相二氧化钛电子结构的第一性原理研究（英文）[J]. 李宗宝,王霞,邢晓波.  原子与分子物理学报. 2019(02)
[2]MnO/氮掺杂石墨烯复合正极材料在锂空气电池中的高效催化性能研究[J]. 雷鸣,曹勇,林晓东,杨续来,蔡森荣,袁汝明,郑明森,董全峰.  中国科学:化学. 2017(05)

硕士论文
[1]改性二氧化钛在锂空气电池中的催化机理与应用研究[D]. 李豪君.深圳大学 2016
[2]锂空气电池阴极催化剂LaNiO4的制备与掺杂改性研究[D]. 魏中山.哈尔滨工业大学 2016



本文编号：3038422