本文關(guān)鍵詞：摻雜B和P石墨烯吸附特性的密度泛函研究

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【摘要】：基于第一性原理的密度泛函理論(DFT)研究了摻B、摻P以及B,P共摻雜石墨烯燃料電池電極吸附特性。通過(guò)對(duì)比不同石墨烯對(duì)燃料電池陰極上氧還原反應(yīng)(Oxygen Reduction Reaction, ORR)中間物O、O2、OH和OOH的吸附能,鍵長(zhǎng),態(tài)密度以及電荷轉(zhuǎn)移情況,探討了不同摻雜體系對(duì)吸附特性的影響,進(jìn)而分析了在摻雜石墨烯上ORR反應(yīng)微觀機(jī)制,并給出了各步反應(yīng)自由能的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明,石墨烯經(jīng)B,P摻雜后,明顯增強(qiáng)了對(duì)ORR反應(yīng)各中間物的吸附能力,且對(duì)各中間物的吸附能近似存在線性關(guān)系,其中摻P石墨烯的吸附能遠(yuǎn)大于摻B石墨烯的吸附能,而B(niǎo),P共摻雜石墨烯的吸附能在摻B,摻P石墨烯之間,其中近鄰共摻雜時(shí)更使得OOH直接斷裂,表現(xiàn)更強(qiáng)的吸附能力。在ORR反應(yīng)中,摻P石墨烯較大的吸附能有利于OOH中O-O鍵的斷裂,摻B石墨烯吸附能小有利于OH生成H2O脫附的反應(yīng)發(fā)生。而B(niǎo),P共摻雜石墨烯由于摻雜原子的協(xié)同效應(yīng),具有比B,P單一摻雜石墨烯更均衡的吸附特性,更有利于反應(yīng)物的吸附和生成物的脫附,因此能更好的催化各步反應(yīng)的發(fā)生,具有更好的ORR催化活性。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 B和P摻雜 吸附 密度泛函
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM911.4;O613.71
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題研究背景及意義9-14
• 1.1.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)9-11
• 1.1.2 石墨烯的制備11-13
• 1.1.3 石墨烯的應(yīng)用13-14
• 1.2 課題的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展14-16
• 1.2.1 燃料電池催化劑14-15
• 1.2.2 石墨烯基催化劑15-16
• 1.3 論文寫(xiě)作目的和意義16
• 1.4 論文創(chuàng)新點(diǎn)和主要工作16-18
• 第2章 計(jì)算方法與理論18-23
• 2.1 引言18
• 2.2 第一性原理18-19
• 2.3 密度泛函理論19-21
• 2.3.1 Hohenberg-Kohn定理19
• 2.3.2 Kohn-Sham方程19-20
• 2.3.3 局域密度近似20-21
• 2.3.4 廣義梯度近似21
• 2.4 基組和贗勢(shì)21-22
• 2.4.1 平面波基組21-22
• 2.4.2 贗勢(shì)22
• 2.5 VASP軟件22
• 2.6 本章小結(jié)22-23
• 第3章 摻B,摻P石墨烯的吸附特性23-36
• 3.1 引言23-24
• 3.2 計(jì)算方法24
• 3.3 結(jié)果與討論24-31
• 3.3.1 本征石墨烯的性質(zhì)24-26
• 3.3.2 摻B石墨烯的性質(zhì)26-28
• 3.3.3 摻P石墨烯的性質(zhì)28-31
• 3.4 ORR反應(yīng)31-34
• 3.4.1 摻B石墨烯31-32
• 3.4.2 摻P石墨烯32-34
• 3.5 本章小結(jié)34-36
• 第4章 B,P共摻雜石墨烯的吸附特性36-49
• 4.1 引言36-37
• 4.2 計(jì)算方法37
• 4.3 結(jié)果與討論37-44
• 4.3.1 共摻雜石墨烯(近鄰)的性質(zhì)37-39
• 4.3.2 共摻雜石墨烯(次近鄰)的性質(zhì)39-41
• 4.3.3 共摻雜石墨烯(對(duì)位)的性質(zhì)41-44
• 4.4 ORR反應(yīng)44-48
• 4.4.1 共摻雜石墨烯(近鄰)44
• 4.4.2 共摻雜石墨烯(次近鄰)44-45
• 4.4.3 共摻雜石墨烯(對(duì)位)45-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第5章 結(jié)論與展望49-51
• 5.1 結(jié)論49-50
• 5.2 展望50-51
• 參考文獻(xiàn)51-57
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果57-58
• 致謝58

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