經(jīng)調(diào)查得知,通過分解水分子制取高純度的氫氣是當(dāng)前最可行的方式。開發(fā)制作價格低的、反應(yīng)勢壘低的、反應(yīng)速率快的催化劑是最重要、最亟待解決的問題,也是大家廣泛研究的熱門問題。通過以密度泛函理論為基礎(chǔ)依據(jù)的第一性原理計算,我們系統(tǒng)地研究了水分子（H₂O）在氮摻雜石墨烯嵌入過渡金屬（Ti）和堿土金屬（Ba,Mg）（MN₄-石墨烯膜（M=Ti,Ba和Mg））上的分解行為。我們考慮了在MN₄-石墨烯膜的金屬原子上H₂O分子具有三種初始不等價構(gòu)型:在金屬原子頂部的H₂O分子,（1）氧原子指向金屬原子;（2）氧原子遠(yuǎn)離金屬原子;（3）氫原子和氧原子位于與MN₄-石墨烯膜平行的同一平面內(nèi)。本文系統(tǒng)地研究了自由水分子的結(jié)構(gòu)和MN₄-石墨烯膜作為單原子催化劑（SAC）的結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、磁性以及電荷轉(zhuǎn)移情況,描述了水分子在MN₄-石墨烯膜上的分解情況,揭示了TiN₄-石墨烯作為最好的單原子催化劑的原因。下面介紹的就是... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)、石墨烯的單空位V1，(b)石墨烯的雙空位V2，(c)金屬原子嵌入石墨烯的單空位TM–V1，(d)氮或硼替代雙空位周圍的碳原子，金屬原子嵌入石墨烯

圖 1.2 TM 原子吸附在石墨烯缺陷上的結(jié)合能 Eb。金屬原子TM–V1；氮或硼替代單空位周圍的碳原子，金屬原子嵌TM–V(N/B)1，(d)金屬原子嵌入到石墨烯的雙空位 TM–V2周圍的碳原子，金屬原子嵌入石墨烯的雙空位 TM–V(N/

為研究催化機(jī)理提供了方便。因此，我們選取比較容易與水分子相反應(yīng)的金屬原子作為單原子嵌入到氮原子取代摻雜的石墨烯基底中。如圖 1.3 所示，Ma 和Annalisa Calo 等人理論上預(yù)測鋇原子十分容易與水分子中的氧原子產(chǎn)生相互作用[35, 36]。如圖 1.4 所示，Kristen S. Williams 等人發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) Mg（0001）表面上吸附水的離解在熱力學(xué)上是非常有利的。因為 Mg（0001）表面具有多個可以適應(yīng)吸附的羥基（OH）的活性位點(diǎn)[37, 38]。許多研究表明 Ti 原子裝飾的碳基納米材料（如圖 1.5 所示，碳納米管[39]、富勒烯簇[40, 41]和缺陷石墨烯上的 Ti4簇[42])已經(jīng)被提出作為分解水分子的有效催化劑。與水的合成反應(yīng)相反[25]，MN4-石墨烯上的水的解離還沒有被徹底研究。這些研究啟發(fā)了我們選擇 Ba，Mg 和 Ti 金屬原子分別嵌入石墨烯的吡啶氮的雙空位中，來研究可以由 MN4-石墨烯驅(qū)動的水分子解離行為。MN4-石墨烯是通過用吡啶氮缺陷修飾石墨烯，然后將金屬嵌入到吡啶氮缺陷中心的位置來創(chuàng)建的。


本文編號：3130628