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第一性原理研究氧气分子在石墨烯表面的吸附和解离

作　者: 鄢慧君
导　师: 欧阳楚英
学　校: 江西师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 锂空气电池石墨烯掺氮石墨烯 O2分子吸附解离路径
分类号: O647.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 41次
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内容摘要

基于密度泛函理论，本论文主要研究了O₂分子在石墨烯表面的吸附和解离。锂-空气电池（Li-air battery），运用石墨烯作电极，展现出了良好的化学性能，这一实验结果表明石墨烯对O₂分子的还原有一定的催化效果。本文通过第一性原理计算研究了O₂分子在石墨烯表面的物理吸附，O原子在其表面的化学吸附以及O₂分子在其表面的解离路径。结果表明，O₂分子水平吸附在石墨烯表面，且在O₂分子和石墨烯表面之间发生了电荷转移，致使O₂分子中的O-O键长（1.263）比真空中O₂分子的O-O键长（1.235）要长，这表明石墨烯有利于O₂分子的解离。同时利用爬坡式弹性能带法（CNEB）模拟了O₂分子在石墨烯表面的解离路径，发现O₂分子在其表面的解离能为2.39eV。该解离能大约是真空中O₂分子键能（4.30eV）的一半，这表明石墨烯对O₂分子的还原有一定催化效果。同时，本文还模拟了掺氮（N）石墨烯对O₂分子的吸附情况，结果表明，当O₂分子物理吸附在掺氮石墨烯表面时，O-O键长为1.280，而且O₂分子在掺氮石墨烯表面的解离能为1.20eV，这些结果均表明掺杂氮原子的石墨烯可进一步提高对O₂分子还原的催化效果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
第一章绪论  6-18
  1.1 引言  6-8
  1.2 锂-空气电池种类及构造  8-10
    1.2.1 无水电解质锂-空气电池  8-9
    1.2.2 混合电解质锂-空气电池  9-10
  1.3 有机电解质锂-空气电池的氧化还原反应机制  10-11
  1.4 锂-空气电池的研究现状及挑战  11-15
  1.5 本论文的研究工作  15-16
  参考文献  16-18
第二章计算材料科学常用方法  18-25
  2.1 第一性原理计算方法简介  18-19
  2.2 绝热近似  19-20
  2.3 密度泛函理论  20-22
  2.4 赝势  22
  2.5 分子动力学简介  22-23
  2.6 计算软件简介  23-24
  参考文献  24-25
第三章第一性原理研究锂空气电池  25-30
  3.1 有机电解液锂空气电池  25-26
  3.2 第一性原理模拟锂空气电池  26-29
  参考文献  29-30
第四章第一性原理研究氧气分子的吸附和解离  30-44
  4.1 金刚石表面模拟 sp3环境对氧气分子的吸附  30-34
    4.1.1 金刚石结构  31
    4.1.2 金刚石的稳定表面  31-32
    4.1.3 氧气分子在其模拟的 sp3环境下的吸附  32-34
  4.2 石墨烯及掺氮石墨烯对氧气分子的吸附和解离  34-43
    4.2.1 理论计算方法和计算模型  34-35
    4.2.2 氧气分子的物理吸附  35-37
    4.2.3 氧原子的化学吸附  37-39
    4.2.4 氧气分子的解离  39-43
  参考文献  43-44
第五章结论与展望  44-45
硕士期间论文发表情况  45-46
致谢  46

第一性原理研究氧气分子在石墨烯表面的吸附和解离

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