掺杂B和P石墨烯吸附特性的密度泛函研究

发布时间：2017-09-03 16:00

  本文关键词：掺杂B和P石墨烯吸附特性的密度泛函研究

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【摘要】：基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)研究了掺B、掺P以及B,P共掺杂石墨烯燃料电池电极吸附特性。通过对比不同石墨烯对燃料电池阴极上氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction, ORR)中间物O、O2、OH和OOH的吸附能,键长,态密度以及电荷转移情况,探讨了不同掺杂体系对吸附特性的影响,进而分析了在掺杂石墨烯上ORR反应微观机制,并给出了各步反应自由能的变化趋势。结果表明,石墨烯经B,P掺杂后,明显增强了对ORR反应各中间物的吸附能力,且对各中间物的吸附能近似存在线性关系,其中掺P石墨烯的吸附能远大于掺B石墨烯的吸附能,而B,P共掺杂石墨烯的吸附能在掺B,掺P石墨烯之间,其中近邻共掺杂时更使得OOH直接断裂,表现更强的吸附能力。在ORR反应中,掺P石墨烯较大的吸附能有利于OOH中O-O键的断裂,掺B石墨烯吸附能小有利于OH生成H2O脱附的反应发生。而B,P共掺杂石墨烯由于掺杂原子的协同效应,具有比B,P单一掺杂石墨烯更均衡的吸附特性,更有利于反应物的吸附和生成物的脱附,因此能更好的催化各步反应的发生,具有更好的ORR催化活性。
【关键词】：石墨烯 B和P掺杂 吸附 密度泛函
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.4;O613.71
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-14
• 1.1.1 石墨烯的发现9-11
• 1.1.2 石墨烯的制备11-13
• 1.1.3 石墨烯的应用13-14
• 1.2 课题的国内外研究进展14-16
• 1.2.1 燃料电池催化剂14-15
• 1.2.2 石墨烯基催化剂15-16
• 1.3 论文写作目的和意义16
• 1.4 论文创新点和主要工作16-18
• 第2章 计算方法与理论18-23
• 2.1 引言18
• 2.2 第一性原理18-19
• 2.3 密度泛函理论19-21
• 2.3.1 Hohenberg-Kohn定理19
• 2.3.2 Kohn-Sham方程19-20
• 2.3.3 局域密度近似20-21
• 2.3.4 广义梯度近似21
• 2.4 基组和赝势21-22
• 2.4.1 平面波基组21-22
• 2.4.2 赝势22
• 2.5 VASP软件22
• 2.6 本章小结22-23
• 第3章 掺B,掺P石墨烯的吸附特性23-36
• 3.1 引言23-24
• 3.2 计算方法24
• 3.3 结果与讨论24-31
• 3.3.1 本征石墨烯的性质24-26
• 3.3.2 掺B石墨烯的性质26-28
• 3.3.3 掺P石墨烯的性质28-31
• 3.4 ORR反应31-34
• 3.4.1 掺B石墨烯31-32
• 3.4.2 掺P石墨烯32-34
• 3.5 本章小结34-36
• 第4章 B,P共掺杂石墨烯的吸附特性36-49
• 4.1 引言36-37
• 4.2 计算方法37
• 4.3 结果与讨论37-44
• 4.3.1 共掺杂石墨烯(近邻)的性质37-39
• 4.3.2 共掺杂石墨烯(次近邻)的性质39-41
• 4.3.3 共掺杂石墨烯(对位)的性质41-44
• 4.4 ORR反应44-48
• 4.4.1 共掺杂石墨烯(近邻)44
• 4.4.2 共掺杂石墨烯(次近邻)44-45
• 4.4.3 共掺杂石墨烯(对位)45-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 结论与展望49-51
• 5.1 结论49-50
• 5.2 展望50-51
• 参考文献51-57
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果57-58
• 致谢58

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