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《浙江大学》 2014年
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小分子在二氧化钛和石墨烯表面吸附与反应的第一性原理研究

苗萌  
【摘要】:随着计算方法的不断发展和计算机的飞速发展,第一性原理计算越来越多的应用到凝聚态物理、材料、化学等方面。因为水是地球上含量最丰富的化合物之一,而且水分子的影响几乎可以渗透到所有的领域,进一步理解水分子和固体表面的相互作用机理显得至关重要,尤其是在很多环境或能源相关的领域中。其中太阳能又是取之不尽的清洁能源之一,利用光催化分解水把太阳能转化为氢能是解决环境问题和能源危机最理想的途径之一,也具有重大的意义和潜在应用。因此水分子在固体催化剂表面的吸附与活化是备受人们关注的重要问题之一。 二氧化钛由于其无毒性、良好的生物兼容性、化学稳定性和自清洁性等优点在解决能源问题以及环境污染治理等方面具有广泛的应用。石墨烯因为其比表面积高可以很好地分散金属纳米颗粒、导电性能好可以在催化反应中很好地传输电子,因此在光催化领域也得到了广泛的研究。本文采用第一性原理计算,系统地研究了钛原子吸附在二氧化钛(110)面和石墨烯表面对于水分子的活化与分解的影响,阐述了水分子的分解机理及其体系储氢的可能性;并进一步阐述了氮原子在石墨烯中掺杂在催化反应中所起的作用。我们的研究结果有助于从微观水平上理解反应机理。 第一章,首先介绍了金红石型二氧化钛和石墨烯的结构、性质与制备方法,及一些研究进展,主要是水分子在它们表面的吸附与分解的研究进展。 第二章,主要介绍了密度泛函理论的一些基础概念和框架,接下来介绍了常用的计算软件,以及文章中我们常用的一些分析方法。 第三章,水分子在金红石型Ti02(110)表面的吸附与分解一直以来是研究的热点,但是钛吸附原子既可以看做是二氧化钛缺陷的一种,也可以看做是金属原子的修饰方式,却很少被研究过,因此我们主要研究了二氧化钛表面钛吸附原子对水分子的吸附与分解的影响。指出了钛原子的3d电子起着关键作用,而且电子的局域性并不会改变反应机理。 第四章,接着上一章的研究,我们用钛原子修饰了石墨烯,从石墨烯本身的缺陷结构和钛原子修饰的方式两大方面研究了对于水分子吸附分解的影响。石墨烯表面的缺陷结构可以很好地稳定钛原子,钛原子在石墨烯表面的平面团簇构型活性非常高,水分子可以很容易地发生分解,甚至第二个水分子也可以自由分解。研究结果显示钛修饰的石墨烯在分解水产生氢气方面有巨大的潜在应用前景。然后进一步考察了石墨烯薄膜对于原子氢的穿透性,结果显示缺陷可以大大地降低氢原子的穿越能垒,而且缺陷的影响并不仅仅局限在缺陷位点本身,而是具有一定的影响范围,不同的缺陷影响也不同。 第五章,结合实验对氮掺杂石墨烯作为钯催化剂的载体进行了研究。计算发现N原子的掺杂可以增强Pd在石墨烯表面的吸附能和Pd原子所带的电荷,氮掺杂石墨烯在一定程度上还可以保护C=O,提高反应的选择性,因此N原子在石墨烯中的掺杂可以提高负载Pd催化剂的分散程度和催化活性。计算结果很好地与实验吻合。另一方面N原子在石墨烯中的掺杂使得氢溢流的过程变得容易一些,即当作为储氢材料的时候,可以增强其储氢性能;在整个催化体系中氢原子的转移变得更容易,这样可能会使得肉桂醛分子的加氢更容易。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:O647.31

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 李春忠,朱以华,陈爱平,施利毅,房鼎业,张剑平;TiCl_4-O_2体系高温反应制备超细TiO_2光催化材料的研究[J];无机材料学报;1999年05期
2 胡林华,戴松元,王孔嘉;溶胶-凝胶法制备的纳米TiO_2结构相变及晶体生长动力学[J];物理学报;2003年09期
3 闵乃本;朱永元;祝世宁;陆亚林;陆延青;陈延峰;王振林;王慧田;何京良;;介电体超晶格的研究[J];物理;2008年01期
4 杨永岗;陈成猛;温月芳;杨全红;王茂章;;氧化石墨烯及其与聚合物的复合[J];新型炭材料;2008年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 伍军,刘鹏,吴潘,张昭;超声波场中硫酸氧钛的水解研究[J];四川有色金属;2003年03期
2 徐丽君;李亮;陈六限;李兴华;刘知路;;攀西地区钒钛磁铁矿综合回收利用现状及发展方向[J];四川有色金属;2011年01期
3 张莉,褚道葆;酸度对偏钛酸水热法合成纳米TiO_2的影响[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2002年01期
4 邢光建,姚望,陈光华,李瀛,阎红;表面活性剂控制金属醇盐水解制备纳米TiO_2粉体[J];北京工业大学学报;2004年03期
5 阮继锋,李春喜,王子镐;TiO_2纳米粒子制备及其光催化性能研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2002年03期
6 韩峰,王豫跃,杨冠军,王赜,李长久;电弧功率对液料等离子喷涂TiO_2纳米涂层结构的影响[J];中国表面工程;2003年03期
7 贺江平;陈星运;唐明静;王宪忠;芦艾;钟发春;孙素明;朱敬芝;;低熔点合金/聚合物复合材料的研究进展[J];材料导报;2010年03期
8 谢普;吕晴;王丽娥;于杰;罗筑;黄浩;许国杨;邓青;秦军;;石墨烯的制备和改性及其与聚合物复合的研究进展[J];材料导报;2010年S2期
9 王丽民;王延相;谢奔;刘玉兰;杨依真;王成国;;有机-无机转化法制备石墨烯薄膜带的探索研究[J];材料导报;2011年07期
10 李永锋;刘燕珍;杨永岗;温月芳;王茂章;;L-半胱氨酸还原氧化石墨烯的研究[J];材料导报;2011年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 戴松元;徐炜炜;翁坚;肖尚锋;黄阳;陈双宏;胡林华;王孔嘉;;低价太阳电池的研制及未来发展前景[A];安徽省第五届“兴皖之光”青年学术年会论文集(理科卷)[C];2005年
2 王玲;王炜;陶杰;陶海军;;不同处理方式阳极氧化TiO_2膜对光催化性能的影响[A];第二届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2005年
3 王建;;Ce~(4+)-S-TiO_2光催化剂处理染料废水的实验研究[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
4 王建;;La~(3+)掺杂TiO_2光催化性能的检验[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
5 杨辉;申乾宏;高基伟;王平;方明;;锐钛矿-金红石混晶TiO_2溶胶的低温制备及光催化性能[A];2006中国科协年会“循环经济与建材产业发展”论文集[C];2006年
6 蒋民华;;中国晶体生长和晶体材料五十年[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年
7 彭思敏;王世敏;万丽;董兵海;;原位聚合制备氧化石墨烯/聚酰亚胺纳米复合薄膜[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
8 李鹰;刘峙嵘;董庆珍;;生物氧化制备聚合磷硫酸铁及应用[A];第五届全国水处理化学品行业年会论文集[C];2009年
9 周青;杨霞;张成孝;;Co~(2+)掺杂TiO_2纳米晶的水热合成及其光催化活性[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
10 胡林华;莫立娥;李文欣;戴松元;;TiO_2溶胶及其在染料敏化太阳电池中的应用[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 童天中;晶相可控纳米TiO_2微球的制备、表征及其金属改性研究[D];华东理工大学;2010年
2 解恒参;煤和大港减压渣油的光催化氧化解聚[D];中国矿业大学;2011年
3 白晶;TiO_2纳米管阵列光电催化降解有机物及分解水的研究[D];上海交通大学;2010年
4 陈建军;纳米TiO_2光催化剂的制备、改性及其应用研究[D];中南大学;2001年
5 张雄飞;纳米二氧化钛复合粉体的电化学合成[D];昆明理工大学;2003年
6 杨祝红;二氧化钛晶须的制备及光催化处理废水研究[D];南京工业大学;2003年
7 刘志强;Ⅰ、高岭土的插层与表面有机改性及对PVC塑料的改性作用 Ⅱ、纳米中孔二氧化钛光敏化及其应用[D];华东师范大学;2003年
8 吴树新;改性纳米TiO_2光催化氧化还原性能的研究[D];天津大学;2003年
9 张前程;光催化法去除室内空气中有机污染物的研究[D];天津大学;2003年
10 昝菱;纳米晶二氧化钛的制备及其光催化性能研究[D];武汉大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 庞宇;纳米TiO_2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响[D];南昌航空大学;2010年
2 史会敏;石墨烯的制备及其性质研究[D];郑州大学;2010年
3 顾松涛;稀土—氮共掺杂TiO_2的制备及其光催化性能研究[D];中国海洋大学;2010年
4 路辉;高品位人造金红石的制备研究[D];昆明理工大学;2010年
5 赵常青;钛精矿制取富钛料新工艺的研究[D];昆明理工大学;2010年
6 宫伟;提高钛渣品质的新工艺研究[D];昆明理工大学;2010年
7 徐庆鑫;氯化法钛白粉生产中沸腾氯化渣的研究[D];昆明理工大学;2008年
8 刘波;聚碳酸酯/聚苯乙烯共混物塑性材料的研究[D];太原理工大学;2011年
9 周思敏;全氟磺酸树脂/二氧化钛复合膜制备及光催化性能研究[D];浙江大学;2011年
10 同鑫;石墨烯的制备及其复合电极材料储锂性能研究[D];西北大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡源,张蕤,徐加艳,宋磊,范维澄;聚丙烯酰胺/氧化石墨纳米复合材料的研究[J];材料科学与工艺;2003年04期
2 程虎民,马季铭,赵振国,齐利民;纳米SnO_2的水热合成[J];高等学校化学学报;1996年06期
3 杨建国,牛文新,李建设,吴承佩,丁延伟;聚苯乙烯/氧化石墨纳米复合材料的制备与性能[J];高分子材料科学与工程;2005年05期
4 施利毅,华彬,张剑平;微乳液的结构及其在制备超细颗粒中的应用[J];功能材料;1998年02期
5 施利毅,李春忠,房鼎业;氯化法制备金红石型二氧化钛的研究进展[J];化工生产与技术;1997年04期
6 徐加艳,胡源,宋磊,王清安,范维澄,陈祖耀;聚丙烯酰胺/氧化石墨纳米复合材料的制备及其表征[J];火灾科学;2001年02期
7 刘朝晖,岳福兴,张征,屈凌波;Sol-gel法制备锐钛矿纳米TiO_2及晶粒长大动力学[J];商丘师范学院学报;2000年06期
8 傅玲;刘洪波;邹艳红;李波;;Hummers法制备氧化石墨时影响氧化程度的工艺因素研究[J];炭素;2005年04期
9 丁星兆,罗莉,程黎放,马学呜,董远达;纳米TiO_2的结构相变和锐钛矿晶粒长大动力学[J];无机材料学报;1993年01期
10 韩志东,王建祺;氧化石墨的制备及其有机化处理[J];无机化学学报;2003年05期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋洪松;刘大博;;石墨烯的制备及石墨烯/PVDF复合材料介电性能的研究[J];化学工程师;2011年08期
2 陈成猛;杨永岗;温月芳;杨全红;王茂章;;有序石墨烯导电炭薄膜的制备[J];新型炭材料;2008年04期
3 黄桂荣;陈建;;石墨烯的合成与应用[J];炭素技术;2009年01期
4 周俊文;马文石;;石墨烯及其纳米复合材料的研究[J];化工新型材料;2010年03期
5 李智军;张晖;薛河;;石墨烯纳米片及其场发射性能研究[J];化工新型材料;2010年S1期
6 王平华;王志刚;刘春华;唐龙祥;向康;;基于π-π相互作用合成星型聚丙烯腈-石墨烯复合材料[J];功能高分子学报;2010年04期
7 王灿;詹亮;乔文明;凌立成;;爆炸法合成石墨烯(英文)[J];新型炭材料;2011年01期
8 翟译晨;翟冠杰;;后摩尔时代取代硅的微电子材料——碳纳米管和石墨烯[J];南京信息工程大学学报(自然科学版);2011年02期
9 韩鹏昱;刘伟;谢亚红;张希成;;石墨烯与太赫兹科学[J];物理;2009年06期
10 黄毅;陈永胜;;石墨烯的功能化及其相关应用[J];中国科学(B辑:化学);2009年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄毅;梁嘉杰;张龙;许艳菲;王燕;马延风;李飞飞;陈永胜;;石墨烯—聚合物高性能复合材料的制备及性质研究[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(上册)[C];2009年
2 胡连哲;韩双;李海娟;徐国宝;;电化学发光分析新材料及新应用[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年
3 董良旭;张春梅;陈强;刘福平;;等离子化学气相沉积生长石墨烯的研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
4 彭海琳;刘忠范;;狄拉克纳米材料与器件[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
5 黄毅;梁嘉杰;张龙;许艳菲;王燕;马延风;陈永胜;;石墨烯功能复合材料的制备及应用[A];中国化学会第27届学术年会中日青年化学家论坛摘要集[C];2010年
6 徐宇曦;石高全;;石墨烯和卟琳的超分子组装及其传感应用[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
7 杨乃亮;翟锦;王丹;;利用二维石墨烯桥增强染料敏化太阳能电池中光生电子的传输[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年
8 卢春华;李娟;朱春玲;杨黄浩;;基于石墨烯的生物大分子传感[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年
9 刘吉洋;郭少军;翟月明;李丹;汪尔康;;肉豆蔻酰磷脂酰甘油保护石墨烯的制备[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年
10 刘庄;;Sp~2类碳纳米材料在生物医学上的应用-癌症治疗与成像[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许士才;石墨烯的制备、表征及光电性质应用研究[D];山东师范大学;2014年
2 苗萌;小分子在二氧化钛和石墨烯表面吸附与反应的第一性原理研究[D];浙江大学;2014年
3 张学全;石墨烯的功能化及其光电性能研究[D];天津大学;2011年
4 李海东;石墨烯纳米结构中的电子输运性质[D];吉林大学;2009年
5 马东伟;金属掺杂的石墨烯及相关体系电子态和自旋—轨道耦合性质的理论研究[D];复旦大学;2012年
6 吕伟;石墨烯的宏量制备、可控组装及电化学性能研究[D];天津大学;2012年
7 袁建辉;石墨烯中的电子及其输运性质的研究[D];华中科技大学;2012年
8 李云芳;纳米粒子诱导石墨烯卷曲及形态演变[D];山东大学;2012年
9 王纪刚;石墨烯的制备及相关器件的研究[D];北京交通大学;2014年
10 敖志敏;纳米材料玻璃化转变和石墨烯界面及其吸附性质的计算机模拟研究[D];吉林大学;2008年
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1 李金霞;石墨烯掺杂碳印刷阵列电极的制作及其应用研究[D];宁夏大学;2014年
2 冯蓝;烷基化石墨烯和石墨烯量子点的制备、表征及性能研究[D];厦门大学;2014年
3 吴玲玲;氧化石墨烯表面改性聚乳酸薄膜的制备与性能研究[D];浙江理工大学;2014年
4 许涛;三维金属/石墨烯复合结构制备及表面增强拉曼效应研究[D];浙江理工大学;2014年
5 徐功浩;石墨烯CVD法制备工艺优化及实现睑板腺热敷功能研究[D];厦门大学;2014年
6 袁明;金属/石墨烯复合材料的制备及催化性能研究[D];浙江理工大学;2014年
7 王新慧;Fe_3O_4/石墨烯纳米复合材料的制备及在锂离子电池中的应用[D];山西师范大学;2014年
8 汤正林;离子液体聚合物电解质和SnO_2-石墨烯复合负极材料研究[D];吉林大学;2009年
9 李远谋;石墨烯声子结构及热学性质[D];湖南师范大学;2008年
10 韦勇;拉力调控下石墨烯电子性质的理论研究[D];浙江师范大学;2009年
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