磷烯电催化性能调控的第一性原理研究

发布时间：2023-08-04 20:31

　　随着人类社会的不断发展,人们对能源的需求量也越来越大。但传统化石能源的不可再生性,使其面临着枯竭的威胁。并且化石能源的使用带来的环境污染,正逐渐威胁人类的生存环境。所以发展可再生的清洁能源是目前全世界的重要课题。氢能主要来源于水,并且使用过后只产生水,不会产生污染,是替代传统化石能源最有前景的能源之一。氢在工业上的制备方式有很多种,其中电化学析氢是一种高效并且无污染的生产方式,但成本较高。电化学制氢技术的关键是选择合适的催化剂,但催化活性较高的铂类金属价格昂贵,不适合大范围地使用。所以需要寻找一种成本较低且活性较好的电催化剂。磷烯因其表面积较大,成本较低以及迁移率高等特点在电催化领域得到广泛的研究。但是本征磷烯导电性较差,对析氢反应的催化活性较低,在电催化领域的应用受到限制。目前磷烯在电催化领域已经取得了一定的研究进展,但为了提升磷烯的催化活性,我们对磷烯的电催化表现作了相关的计算研究。在第一章中我们介绍了密度泛函理论在电催化领域的应用。首先介绍了电催化析氢的基本原理和过程,对在阴极和阳极发生的不同反应进行阐述,阐述不同的溶液环境对阴阳极电极反应的影响,再详细介绍了氢的脱附机理。在计算...

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 电催化析氢反应
    1.3 第一性原理在电催化研究中的应用
        1.3.1 析氢电极的可计算处理
        1.3.2 析氢反应自由能的计算
        1.3.3 析氢反应催化剂的活性
    1.4 磷烯及其在电催化领域的研究进展
        1.4.1 磷烯的结构与性质
        1.4.2 磷烯在电催化领域的研究进展
第二章 密度泛函理论
    2.1 引言
    2.2 Born-Oppenheimer近似
    2.3 密度泛函理论
        2.3.1 Thomas-Fermi-Dirac近似
        2.3.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.3.3 Kohn-Sham方程
    2.4 交换关联泛函
        2.4.1 局域密度近似
        2.4.2 广义梯度近似
        2.4.3 杂化泛函
    2.5 Bloch定理和赝势
    2.6 第一性原理计算软件
第三章 钴插层调节磷烯纳米片的HER催化活性
    3.1 研究背景
    3.2 研究方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 钴插层双层磷烯的结构与性质
        3.3.2 插层结构HER催化活性
        3.3.3 钴插层调控催化活性的机理研究
    3.4 本章小结
第四章 缺陷调节磷烯表面HER催化活性的理论研究
    4.1 研究背景
    4.2 研究方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 单空位磷烯的结构与性质
        4.3.2 空位缺陷调控磷烯HER催化活性
    4.4 本章小结
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果



本文编号：3838950