本文選題：第一性原理　切入點：石墨烯　出處：《太原理工大學》2017年碩士論文

【摘要】：實驗中已經(jīng)證明石墨烯用作為電極材料具有很高的比容量,而且N和B摻雜的石墨烯對里空氣電池中的氧還原有很好的催化作用,所以摻雜石墨烯作為具有催化性能的電極材料而廣泛的應用鋰空氣電池中。本文采用第一性原理的研究方法,對不同晶胞類型的單層石墨烯進行硼、氮以鄰、間、對位三種相對位置共摻雜,并對共摻雜石墨烯的電子結構和鋰原子及氧氣Li、O2在摻雜表面的吸附性能做了詳細研究。主要研究結論如下:(1)B、N以鄰、間、對三種相對位置共摻雜不同晶胞類型石墨烯,石墨烯的能帶出現(xiàn)帶隙,價帶最高點和導帶最低點都出現(xiàn)在布里淵區(qū)的同一點,帶隙屬于直接帶隙,而且價帶和導帶的能帶分布更靠近費米能級。間位共摻雜結構的帶隙均小于鄰位和對位,而具有最好的導電性能。(2)由于B、C、N三種元素電負性的差異,共摻雜結構的電子重新分布,其中間位結構中各原子的電荷轉移量均小于鄰位和對位。B、C、N原子間發(fā)生雜化,而且雜化主要發(fā)生在各原子的2p軌道,其中B-C原子雜化軌道的能量狀態(tài)較高更靠近費米能級,C-N原子雜化軌道分布在能量較低的區(qū)域。(3)B、N原子共摻雜破壞了石墨烯結構中的π電子對,活化了石墨烯的表面。與石墨烯相比B、N摻雜表面為鋰提供更穩(wěn)定的吸附位點,氧氣在摻雜表面的吸附能也增加,但仍屬于物理吸附。
[Abstract]:It has been proved that graphene has high specific capacity as electrode material, and that N and B doped graphene can catalyze oxygen reduction in internal air batteries.Therefore, the doped graphene has been widely used in lithium air batteries as an electrode material with catalytic properties.In this paper, boron, nitrogen, para-position and boron were co-doped in three monolayer graphene monolayers with different unit cell types by first-principles method.The electronic structure of co-doped graphene and the adsorbability of lithium atom and oxygen Li-O _ 2 on the doped surface were studied in detail.The main conclusions are as follows: (1) the energy band gap of graphene, the highest point of valence band and the lowest point of conduction band of graphene are found at the same point in Brillouin region.The band gap belongs to the direct band gap, and the band distribution of valence band and conduction band is closer to Fermi energy level.The band gap of the mesopotopic co-doped structure is smaller than that of the adjacent and opposite sites, but it has the best conductivity. 2) due to the difference of the electronegativity of the three elements, the electron redistribution of the co-doped structure is observed.The charge transfer amount of each atom in its intermediate structure is smaller than that between adjoining and para-position. The hybridization occurs mainly in the 2p orbitals of each atom.The higher energy state of B-C atom hybrid orbital is closer to the Fermi energy level C-N atom hybrid orbital distribution in the lower energy region. The 蟺 electron pair in graphene structure is destroyed by co-doping of BN atom and the surface of graphene is activated.Compared with graphene, the BN doped surface provides a more stable adsorption site for lithium, and the adsorption energy of oxygen on the doped surface also increases, but still belongs to physical adsorption.
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O613.71;O647.3

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本文編號：1724119