几种二维单原子催化剂电催化还原CO 2 的第一性原理研究

发布时间：2022-02-19 21:59

　　随着全球经济的快速发展和化石燃料的大量消耗,能源危机和环境问题日益突出,在世界范围内受到越来越多的关注。将CO₂还原为有用的燃料和化学品是解决能源危机和削弱温室效应的一种有效途径。在众多CO₂还原方法中,直接电化学还原法因其反应条件温和,操作简单等优点得到了科研工作者的青睐。尽管关于CO₂还原反应（CRR）的催化剂的研究已经取得了一定的进展,但催化剂普遍存在过电位高,稳定性及选择性差等缺点,因此,设计和合成具有催化活性优良,稳定性好和选择性高,廉价易得的催化剂仍将是我们面临的巨大挑战。与传统的催化剂相比,基于二维材料的单原子催化剂由于其比表面积大,原子利用率高,活性位点裸露,结构稳定,催化活性优良等优点而得到广泛的关注。基于此本文利用密度泛函理论预测了几种单原子催化剂电催化CO₂还原性能。具体内容如下:（1）酞菁天然独特的大环结构为过渡金属的镶嵌提供了有效的空间,从而为制备TM-N₄配位的单层单原子催化剂提供了可能性。文中采用自旋极化密度泛函理论（DFT）计算方法,系统研究了过... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：173 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 CO_2还原的方法
        1.2.1 催化加氢还原
        1.2.2 光催化还原
        1.2.3 电化学还原
    1.3 CO_2电化学还原理论研究
        1.3.1 CO_2电化学还原理论模型
        1.3.2 CO_2电催化还原机理
    1.4 CO_2电化学还原的催化剂
        1.4.1 金属及其合金
        1.4.2 金属氧化物
        1.4.3 金属硫化物
        1.4.4 碳基材料
        1.4.5 二维单原子催化剂
    1.5 本论文研究内容
    参考文献
2 计算方法
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 Thomas-Fermi-Dirac模型
        2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.3 Kohn-Sham方程
    2.2 交换相关泛函
        2.2.1 局域密度近似
        2.2.2 广义梯度近似
    2.3 赝势
    2.4 DMol~3 模块
        2.4.1 原子轨道线性组合法(LCAO)
        2.4.2 电子密度
        2.4.3 自洽反应场(SCF)迭代
        2.4.4 参数设置
    2.5 本章小结
    参考文献
3 TM-Pc电催化CO_2还原催化性能的理论研究
    3.1 引言
    3.2 计算方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 TM-Pc单层结构特征
        3.3.2 TM-Pc单层结构的稳定性
        3.3.3 TM-Pc单层对CRR和 HER的选择性
        3.3.4 CO_2的电催化还原
        3.3.5 电子结构分析
    3.4 本章小结
    参考文献
4 TM-TCNQ电催化CO_2还原催化性能的理论研究
    4.1 引言
    4.2 计算方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 TM-TCNQ单层的结构特征及性能
        4.3.2 TM-TCNQ单层结构的稳定性
        4.3.3 TM-TCNQ单层对CRR和 HER的选择性
        4.3.4 CO_2的电催化还原
        4.3.5 电子结构分析
    4.4 本章小结
    参考文献
5 TM-PP电催化CO_2还原催化性能的理论研究
    5.1 引言
    5.2 计算方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 TM-PP单层的结构特征及性能
        5.3.2 TM-PP单层结构的稳定性
        5.3.3 TM-PP单层对CRR和 HER的选择性
        5.3.4 CO_2的电催化还原
        5.3.5 电子结构分析
    5.4 本章小结
    参考文献
6 TM_3-C_(12)S_(12) 电催化CO_2还原催化性能的理论研究
    6.1 引言
    6.2 计算方法
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 TM_3-C_(12)S_(12) 单层的结构特征及性能
        6.3.2 TM_3-C_(12)S_(12) 单层结构的稳定性
        6.3.3 CO_2的电催化还原
        6.3.4 副反应(HER)分析
        6.3.5 电子结构分析
    6.4 本章小结
    参考文献
7 TM-B_(β12) 电催化CO_2还原催化性能的理论研究
    7.1 引言
    7.2 计算方法
    7.3 结果与讨论
        7.3.1 TM-B_(β12) 单层的结构特征及性能
        7.3.2 TM-B_(β12) 单层结构的稳定性
        7.3.3 TM-B_(β12) 单层对CRR和 HER的选择性
        7.3.4 CO_2的电催化还原
        7.3.5 电子结构分析
    7.4 本章小结
    参考文献
8 总结与展望
    8.1 全文总结
    8.2 工作展望
致谢
附录1 攻读博士学位期间发表/待发表论文
    期刊论文
附录2 攻读博士学位期间参加的学术会议



本文编号：3633692