本文選題：類石墨烯材料　切入點：金屬氧化物　出處：《青島科技大學》2017年碩士論文

【摘要】：本文選用第一性原理方法,研究層狀類石墨烯材料之間或與金屬氧化物之間形成的復合材料的相關性質(zhì)。以層狀類石墨烯材料(包括石墨烯、g-C3N4、MoS2和黑磷)模型為基礎,研究TiO_2/類石墨烯復合材料和單層h-BN/氧化還原石墨烯(或氟修飾石墨烯)復合材料的幾何結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、光學性能和微觀光催化機理等。同時,還研究了Fe_3O_4/石墨烯復合材料吸附Cr(Ⅵ)的相關機制,并進行了深入的分析探討。具體研究內(nèi)容分述如下:1.由于其優(yōu)異的性能,層狀類石墨烯材料(下文中簡稱GLM)在光催化領域的研究中引起了強烈的關注。這項工作基于DFT的第一性原理計算,探索類石墨烯材料復合對TiO_2光催化劑性能的影響。本章節(jié)理論證明TiO_2/GLM復合材料具有實驗合成的可行性。同時,對TiO_2/GLM復合體系的電子性質(zhì)進行一系列表征:幾何結(jié)構(gòu),態(tài)密度,整體電荷密度,電荷差分密度和光學性能。GLM與TiO_2之間形成了異質(zhì)結(jié)導致電荷在GLM表面累積而在TiO_2一側(cè)轉(zhuǎn)移。在光照下,由TiO_2中O原子2p軌道組成的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)中的電子可以直接被激發(fā)或分散至由GLM和TiO_2重新雜化形成的最低未占分子軌道(LUMO)中。此外,電子空穴對的有效分離提高了TiO_2/GLM復合材料的光催化性能。理論結(jié)果指出了在TiO_2與GLM界面處的電子遷移路徑,闡釋了TiO_2/GLM的光催化活性增強的機理。2.基于DFT的第一性原理計算,研究了單層六方氮化硼(h-BN)復合氧化還原石墨烯片層(RGO)以及氟修飾石墨烯(GF)片層的光催化增強機制和電子性能。本文發(fā)現(xiàn)O或F原子對于h-BN/RGO(GF)復合材料的穩(wěn)定性有著至關重要的作用。其次,h-BN/RGO(GF)復合材料的電子重組促進了界面處的電子-空穴對的分離并且能夠抑制光生載流子與空穴的復合。h-BN/RGO(GF)復合材料的價帶和導帶的邊緣位置取決于RGO(GF)片層的構(gòu)型。此外,通過分析光生載流子躍遷路徑的改變以及在相互作用后吸收邊發(fā)生紅移,可以說明h-BN/RGO(GF)復合材料的增強光催化的機制。最重要的是,不同的體系構(gòu)型可以得到不同標準的異質(zhì)結(jié)構(gòu),并且這些復合材料表現(xiàn)出優(yōu)越的氧化性。這些發(fā)現(xiàn)可以對詳細了解h-BN/RGO(GF)復合材料分子機制的特殊性能提供有價值的信息。3.基于DFT的第一性原理計算探究Fe_3O_4/石墨烯復合材料的吸附特性和電子性質(zhì)。本文計算了Fe_3O_4/石墨烯復合材料吸附Cr(Ⅵ)的相關電子性質(zhì)和幾何結(jié)構(gòu),并詳細闡明了相關實驗中Fe_3O_4/石墨烯復合材料吸附性能增強的機制。首先理論證明Fe_3O_4/石墨烯復合材料具有實驗合成的可行性。同時,通過計算得出Fe_3O_4/石墨烯復合材料對Cr(Ⅵ)的吸附能可以說明吸附過程主要是相對穩(wěn)定的化學吸附。此外,作者詳細分析了電荷的遷移路徑是從Cr(Ⅵ)至Fe_3O_4/石墨烯復合材料。最后,通過分析電荷密度和差分電荷密度發(fā)現(xiàn)大量電荷聚集在復合材料的石墨烯上,這對整個吸附過程具有積極的作用。這項工作解釋了比相關實驗更加微觀的吸附機理并能提供理論基礎,Fe_3O_4/石墨烯復合材料可能有希望用于工業(yè)吸附Cr(Ⅵ)的應用。
[Abstract]:On the basis of the first principle of DFT , the mechanism of photocatalytic enhancement of TiO _ 2 / GLM composites is studied . The results show that the electron recombination between the TiO _ 2 / GLM composites has a critical role in the photocatalytic activity of TiO _ 2 / GLM composites .

【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB332

【參考文獻】

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本文編號：1692011