鋰空電池因其超高的比能量引起廣大研究人員的廣泛關(guān)注,但其商業(yè)化進程仍面臨著一些關(guān)鍵性問題亟待解決,其中關(guān)于非水鋰空電池的重要問題之一是正極緩慢電化學動力學所導致的倍率性能差、充放電能量效率低和循環(huán)穩(wěn)定性差等,而一種新型高效催化材料是解決這一問題的有效途徑。TiO₂和CeO₂是催化氧化還原反應(yīng)的高性能材料并廣泛應(yīng)用于工業(yè)催化領(lǐng)域。本文采用第一性原理計算方法,選用TiO₂和CeO₂作為鋰空電池正極催化材料,并采用過渡族金屬元素進行摻雜改性,研究目標是探究摻雜改性影響催化材料性能的本征因素。本工作首先分別建立TiO₂（101）和CeO₂（111）模型,進行表面反應(yīng)產(chǎn)物路徑研究,計算充放電過程中的理論過電勢,以過電勢表征催化性能,用過渡族金屬對材料進行摻雜改性,探究過渡族金屬摻雜帶來的影響本質(zhì)因素。先選擇TiO₂為研究對象,探究影響催化性能因素,和已發(fā)表的實驗數(shù)據(jù)相校核,再研究CeO₂進一步驗證完善所得結(jié)論。TiO

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 鋰空電池的研究背景、意義
    1.2 鋰空電池的分類
    1.3 有機電解液鋰空電池的反應(yīng)原理
    1.4 鋰空電池所面臨的亟待解決的問題和相應(yīng)方案
    1.5 鋰空電池常用的催化劑
2和CeO₂ 在鋰空電池中的研究現(xiàn)狀">    1.6 TiO₂和CeO₂ 在鋰空電池中的研究現(xiàn)狀
    1.7 本文研究內(nèi)容及重要性
2 第一性原理理論基礎(chǔ)及計算方法
    2.1 絕熱近似-Born-Oppenheimer近似
    2.2 單電子近似
    2.3 密度泛函理論（DFT）
        2.3.1 早期密度泛函理論
        2.3.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.3.3 Kohn-Sham方程
        2.3.4 局域密度近似（Local Density Approximation,LDA）
        2.3.5 廣義梯度近似（Generalized Gradient Approximation,GGA）
        2.3.6 贗勢
        2.3.7 Hubbard參數(shù)U的引入（DFT+U）
    2.4 本課題所用的軟件和硬件條件
        2.4.1 VASP（Vienna Ab-inito Simulation Package）軟件簡介
        2.4.2 MS（Materials Studio）軟件簡介
        2.4.3 課題組軟、硬件條件
    2.5 本章小結(jié)
2（101）作為鋰空電池正極催化劑">3 Mn摻雜改性TiO₂（101）作為鋰空電池正極催化劑
2（101）建模、計算方法以及相關(guān)公式">    3.1 TiO₂（101）建模、計算方法以及相關(guān)公式
2 生成路徑及吉布斯自由能計算">    3.2 Li2O₂ 生成路徑及吉布斯自由能計算
    3.3 Mn摻雜改性前后電池充放電過電勢計算
2（101）影響鋰空電池催化本質(zhì)因素">    3.4 Mn摻雜TiO₂（101）影響鋰空電池催化本質(zhì)因素
        3.4.1 態(tài)密度
        3.4.2 氧空位形成能
        3.4.3 d態(tài)軌道平均能量
    3.5 本章小結(jié)
2（111）作為鋰空電池正極催化劑">4 過渡族金屬摻雜CeO₂（111）作為鋰空電池正極催化劑
2（111）計算方法、建模、參數(shù)選取">    4.1 CeO₂（111）計算方法、建模、參數(shù)選取
    4.2 鋰氧化物生成路徑及吉布斯自由能計算
    4.3 Rh,Pt,Ag摻雜改性前后電池充放電過電勢計算
2（111）影響的本質(zhì)因素探究">    4.4 Rh,Pt,Ag摻雜CeO₂（111）影響的本質(zhì)因素探究
        4.4.1 態(tài)密度
        4.4.2 氧空位,d態(tài)軌道平均能量
2（111）影響的本質(zhì)因素探究">    4.5 過渡族金屬摻雜CeO₂（111）影響的本質(zhì)因素探究
    4.6 本章小結(jié)
結(jié)論
展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]雙氮協(xié)同鈷摻雜銳鈦礦相二氧化鈦電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究（英文）[J]. 李宗寶,王霞,邢曉波.  原子與分子物理學報. 2019(02)
[2]MnO/氮摻雜石墨烯復合正極材料在鋰空氣電池中的高效催化性能研究[J]. 雷鳴,曹勇,林曉東,楊續(xù)來,蔡森榮,袁汝明,鄭明森,董全峰.  中國科學:化學. 2017(05)

碩士論文
[1]改性二氧化鈦在鋰空氣電池中的催化機理與應(yīng)用研究[D]. 李豪君.深圳大學 2016
[2]鋰空氣電池陰極催化劑LaNiO4的制備與摻雜改性研究[D]. 魏中山.哈爾濱工業(yè)大學 2016



本文編號：3038422