本文關(guān)鍵詞：含氮石墨烯結(jié)構(gòu)及其負(fù)載金屬催化劑協(xié)同反應(yīng)機(jī)理的研究

  更多相關(guān)文章： 密度泛函理論 “外修飾”氮石墨烯 催化劑 催化活性 氧氣還原反應(yīng)

【摘要】：燃料電池中Pt電極的使用主要存在兩方面缺點(diǎn),即儲(chǔ)量低價(jià)格高且反應(yīng)過程易發(fā)生CO的中毒。為改善以上缺點(diǎn),我們發(fā)展了改性Pt基催化劑和非Pt基催化劑,可明顯降低Pt的使用和緩解CO的中毒現(xiàn)象。使用第一性原理密度泛函理論計(jì)算,我們考察了“外修飾”氮石墨烯的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì),及其負(fù)載的金鉑納米棒催化劑和氮化鈷負(fù)載的氮摻雜石墨烯的氧氣還原反應(yīng)(ORR)的催化機(jī)理。計(jì)算結(jié)果表明:①Bader電荷分析表明,有氮鄰位碳參與的吡啶炔加成石墨烯結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定,氮的另一個(gè)鄰位碳為催化活性中心。雙鍵加成模式比單鍵更為穩(wěn)定是因?yàn)檫拎と惭苌锏那熬�軌道與石墨烯的契合從而形成了較強(qiáng)的化學(xué)鍵。單鍵加成的電子結(jié)構(gòu)分析顯示費(fèi)米能級(jí)處自旋向上和自旋向下分裂而雙鍵加成沒有出現(xiàn)此類情況。②金鉑納米棒負(fù)載的吡啶炔石墨烯催化劑催化ORR既符合2e反應(yīng)機(jī)理也遵從4e歷程。結(jié)構(gòu)分析表明,OH*的吸附相比O*和OOH*都較強(qiáng)。電荷分析表明,ORR過程中間態(tài)的吸附結(jié)構(gòu)合理,且OOH*的生成理論上存在。吉布斯自由能熱力學(xué)分析表明,OH*的形成為控速步驟且2e過程比4e更容易發(fā)生。③氮化鈷負(fù)載的含氮石墨烯催化劑中,兩種不同氮活性位顯著增強(qiáng)ORR的催化性能。氮摻雜進(jìn)入石墨烯納米片明顯提升ORR的催化活性,是因?yàn)榈獡诫s弱化了中間態(tài)的吸附使ORR更容易進(jìn)行。氮化鈷負(fù)載含氮石墨烯使得ORR更容易發(fā)生進(jìn)一步提升催化效果。熱力學(xué)分析表明,氮化鈷負(fù)載的含氮石墨烯催化ORR為4e機(jī)理。我們的理論計(jì)算結(jié)果合理解釋了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,為尋找價(jià)格低廉活性和穩(wěn)定性都較好的ORR催化劑提供了理論支持。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O643.31;TM911.4

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李惠茗;張鵬云;李春新;;石墨烯的制備方法及表征研究[J];鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年03期

2 李永璽;陳_g;莊小東;張斌;朱金輝;李佩佩;牛麗娟;;石墨烯化學(xué)及潛在應(yīng)用[J];上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2010年04期

3 王新偉;楊艷;田宏偉;鄭偉濤;;石墨烯的化學(xué)方法合成及其表征[J];中國科技論文在線;2011年03期

4 張文毓;;石墨烯應(yīng)用研究進(jìn)展綜述[J];新材料產(chǎn)業(yè);2011年07期

5 龍威;黃榮華;;石墨烯的化學(xué)奧秘及研究進(jìn)展[J];洛陽理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年01期

6 蒲琳鈺;馬擁軍;胡海龍;裴重華;;水熱法制備氟化石墨烯[J];西南科技大學(xué)學(xué)報(bào);2012年03期

7 張閔;尚小鵬;李靜;王賢保;;石墨烯及其復(fù)合材料在電化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[J];膠體與聚合物;2012年04期

8 ;15英寸單層石墨烯透明電極制備成功[J];機(jī)電工程技術(shù);2013年02期

9 孫曉霞;;石墨烯:產(chǎn)業(yè)起步 引導(dǎo)為重[J];新材料產(chǎn)業(yè);2013年09期

10 ;我國百噸級(jí)氧化石墨(烯)/石墨烯粉體生產(chǎn)線投產(chǎn)[J];新材料產(chǎn)業(yè);2013年12期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 成會(huì)明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂;;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第3分冊(cè)）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)記者 向南;石墨烯貴過黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日?qǐng)?bào);2010年

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛玲;石墨烯：市場(chǎng)未啟 炒作先行[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競(jìng);再說石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 姜麗麗;石墨烯及其復(fù)合薄膜在電極材料中的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 姚成立;多級(jí)結(jié)構(gòu)石墨烯/無機(jī)非金屬復(fù)合材料的仿生合成及機(jī)理研究[D];安徽大學(xué);2015年

8 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

9 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計(jì)算研究[D];武漢大學(xué);2014年

10 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動(dòng)分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價(jià)功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：1186369