隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和化石燃料的大量消耗,能源危機(jī)和環(huán)境問題日益突出,在世界范圍內(nèi)受到越來越多的關(guān)注。將CO₂還原為有用的燃料和化學(xué)品是解決能源危機(jī)和削弱溫室效應(yīng)的一種有效途徑。在眾多CO₂還原方法中,直接電化學(xué)還原法因其反應(yīng)條件溫和,操作簡單等優(yōu)點(diǎn)得到了科研工作者的青睞。盡管關(guān)于CO₂還原反應(yīng)（CRR）的催化劑的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但催化劑普遍存在過電位高,穩(wěn)定性及選擇性差等缺點(diǎn),因此,設(shè)計(jì)和合成具有催化活性優(yōu)良,穩(wěn)定性好和選擇性高,廉價(jià)易得的催化劑仍將是我們面臨的巨大挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的催化劑相比,基于二維材料的單原子催化劑由于其比表面積大,原子利用率高,活性位點(diǎn)裸露,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,催化活性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的關(guān)注。基于此本文利用密度泛函理論預(yù)測了幾種單原子催化劑電催化CO₂還原性能。具體內(nèi)容如下:（1）酞菁天然獨(dú)特的大環(huán)結(jié)構(gòu)為過渡金屬的鑲嵌提供了有效的空間,從而為制備TM-N₄配位的單層單原子催化劑提供了可能性。文中采用自旋極化密度泛函理論（DFT）計(jì)算方法,系統(tǒng)研究了過... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：173 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 CO_2還原的方法
        1.2.1 催化加氫還原
        1.2.2 光催化還原
        1.2.3 電化學(xué)還原
    1.3 CO_2電化學(xué)還原理論研究
        1.3.1 CO_2電化學(xué)還原理論模型
        1.3.2 CO_2電催化還原機(jī)理
    1.4 CO_2電化學(xué)還原的催化劑
        1.4.1 金屬及其合金
        1.4.2 金屬氧化物
        1.4.3 金屬硫化物
        1.4.4 碳基材料
        1.4.5 二維單原子催化劑
    1.5 本論文研究內(nèi)容
    參考文獻(xiàn)
2 計(jì)算方法
    2.1 密度泛函理論
        2.1.1 Thomas-Fermi-Dirac模型
        2.1.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.3 Kohn-Sham方程
    2.2 交換相關(guān)泛函
        2.2.1 局域密度近似
        2.2.2 廣義梯度近似
    2.3 贗勢
    2.4 DMol~3 模塊
        2.4.1 原子軌道線性組合法(LCAO)
        2.4.2 電子密度
        2.4.3 自洽反應(yīng)場(SCF)迭代
        2.4.4 參數(shù)設(shè)置
    2.5 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
3 TM-Pc電催化CO_2還原催化性能的理論研究
    3.1 引言
    3.2 計(jì)算方法
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 TM-Pc單層結(jié)構(gòu)特征
        3.3.2 TM-Pc單層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
        3.3.3 TM-Pc單層對CRR和 HER的選擇性
        3.3.4 CO_2的電催化還原
        3.3.5 電子結(jié)構(gòu)分析
    3.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
4 TM-TCNQ電催化CO_2還原催化性能的理論研究
    4.1 引言
    4.2 計(jì)算方法
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 TM-TCNQ單層的結(jié)構(gòu)特征及性能
        4.3.2 TM-TCNQ單層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
        4.3.3 TM-TCNQ單層對CRR和 HER的選擇性
        4.3.4 CO_2的電催化還原
        4.3.5 電子結(jié)構(gòu)分析
    4.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
5 TM-PP電催化CO_2還原催化性能的理論研究
    5.1 引言
    5.2 計(jì)算方法
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 TM-PP單層的結(jié)構(gòu)特征及性能
        5.3.2 TM-PP單層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
        5.3.3 TM-PP單層對CRR和 HER的選擇性
        5.3.4 CO_2的電催化還原
        5.3.5 電子結(jié)構(gòu)分析
    5.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
6 TM_3-C_(12)S_(12) 電催化CO_2還原催化性能的理論研究
    6.1 引言
    6.2 計(jì)算方法
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 TM_3-C_(12)S_(12) 單層的結(jié)構(gòu)特征及性能
        6.3.2 TM_3-C_(12)S_(12) 單層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
        6.3.3 CO_2的電催化還原
        6.3.4 副反應(yīng)(HER)分析
        6.3.5 電子結(jié)構(gòu)分析
    6.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
7 TM-B_(β12) 電催化CO_2還原催化性能的理論研究
    7.1 引言
    7.2 計(jì)算方法
    7.3 結(jié)果與討論
        7.3.1 TM-B_(β12) 單層的結(jié)構(gòu)特征及性能
        7.3.2 TM-B_(β12) 單層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
        7.3.3 TM-B_(β12) 單層對CRR和 HER的選擇性
        7.3.4 CO_2的電催化還原
        7.3.5 電子結(jié)構(gòu)分析
    7.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
8 總結(jié)與展望
    8.1 全文總結(jié)
    8.2 工作展望
致謝
附錄1 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表/待發(fā)表論文
    期刊論文
附錄2 攻讀博士學(xué)位期間參加的學(xué)術(shù)會(huì)議



本文編號(hào)：3633692