收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

功能化二维材料上小分子吸附和转化的第一性原理研究

初敏敏  
【摘要】:近年来,二维材料的研究与应用得到了广泛的关注。二维材料具有特殊的层状结构、独特的光学和电子性质、较大的比表面积、优异的机械性能和化学反应特性。功能化二维材料即通过对二维材料进行化学修饰,如引入氮、硫、氧以及过渡金属等掺杂原子和活性官能团,来改进二维材料的电子结构和物理化学性质,使之能更好地应用在气体吸附与分离、多相催化等领域。本文通过大量第一性原理电子结构计算,系统研究了氮掺杂碳材料对CO_2的吸附性能、Re掺杂六方氮化硼催化CO_2还原反应及Pt掺杂六方氮化硼催化乙烯氧化反应的机理,主要内容如下:首先,我们采用第一性原理方法,研究了四种不同尺寸、掺杂七种不同含氮基团的碳材料上五个不同类型的位点对CO_2的吸附,深入了解了氮掺杂碳材料吸附CO_2的作用形式以及其增强CO_2吸附的机理。发现含氮碳材料吸附CO_2时,主要有三类吸附方式:(1)通过边缘氢键吸附,此种类型的吸附很弱,最强的吸附能仅-5.07 kJ/mol;(2)含氮基团本身可以通过N原子、O原子与CO_2作用,且吸附剂原子上负电荷含量越高、吸附能越大;(3)四配位N、吡咯N、-NH_2等基团的引入可以增加碳材料边缘碳上负电荷含量,从而增强OE site的吸附能力。由于OE site位点数量多,此类官能团的引入不仅可以增强CO_2的吸附,还可以增加吸附总量。这为高效CO_2吸附和分离材料的设计和应用提供了指导。其次,我们利用第一性原理方法研究了Re掺杂六方氮化硼催化CO_2还原的反应机理。结果表明,ReBSV能很好地活化吸附的O_2和H_2。CO_2依次与三分子的H_2作用,可将CO_2最终还原为甲醇。反应均按照Langmuir-Hinshelwood机理进行:首先CO_2和H_2共吸附在ReBSV上,二者协同分解后反应得CO和H_2O;H_2O脱附之后,吸附的CO进一步与H_2反应生成甲醛;最后甲醛与一分子的H_2反应得甲醇;甲醇脱附后ReBSV催化剂再生,完成一个催化循环。反应过程中能垒均小于1.0 eV,说明ReBSV是一种潜在的CO_2还原反应的催化剂。结果还表明,如能适当改进过渡金属结构的亲氧能力,将可以改变反应的热力学,进一步促进CO_2还原物种的生成。最后,我们利用第一性原理方法研究了Pt掺杂六方氮化硼催化乙烯氧化的反应机理。结果表明,在PtBSV上乙烯氧化过程中,由于Pt原子上活化和吸附的配位点有限,Pt无法参与氢转移反应,有效抑制了乙醛的生成。反应按照双分子活化机理进行。首先乙烯和O_2共吸附后生成五元环状过氧化物中间体;五元环中间体解离生成环氧乙烷和吸附的O原子;环氧乙烷脱附后,另一分子的乙烯与活化的O原子通过Eley-Rideal机理生成环氧乙烷脱附完成催化剂再生。五元环中间体形成和分离以及催化剂再生的能垒分别为0.29 eV、0.70 eV和0.17 eV,说明PtBSV是一种潜在的性能优异的乙烯氧化催化剂。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 高巍;朱嘉琦;武洪臣;张华芳;崔向中;;四面体非晶碳结构建模的第一性原理模拟方法[J];功能材料;2010年S2期
2 陶辉锦;陈伟民;王赫男;;镍晶格稳定性的第一性原理研究[J];材料导报;2009年18期
3 梁景南;符春林;蔡苇;郭倩;张朝阳;;铟掺杂二氧化锡透明导电性的第一性原理研究[J];稀有金属材料与工程;2012年S2期
4 胡盟;程杰;何巨龙;;新型立方碳的第一性原理研究[J];燕山大学学报;2013年01期
5 苏昀;吴晓静;权俊杰;于亚鹏;;甲基苯丙胺在水溶液中第一性原理研究[J];化学工程师;2013年10期
6 李培芳;包刚;;金属元素镁高压属性的第一性原理研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2012年06期
7 江勇;许灿辉;蓝国强;;金属氧化物表面与界面的第一性原理热力学:一个研究实例(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年01期
8 黄元春;肖政兵;张欢欢;刘宇;;平衡相对Al-7.8Zn-1.6Mg-1.8Cu-0.12Zr铝合金性能影响:第一性原理研究[J];航空材料学报;2014年03期
9 李淼泉;姚晓燕;;应用第一性原理研究置氢α钛晶体的电子结构和性能[J];稀有金属材料与工程;2013年05期
10 魏娜然;温斌;宫长伟;马红军;李廷举;;新金刚石电子结构的第一性原理研究[J];高等学校化学学报;2006年02期
11 徐金荣;李义宝;朱兴凤;;聚苯硫醚几何结构的第一性原理研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年06期
12 何林;何旭;房勇;曾明凤;唐明杰;薛学东;;压力及缺陷对蓝宝石电子结构影响的第一性原理研究[J];四川理工学院学报(自然科学版);2010年04期
13 于洋,徐力方,顾长志;氢吸附金刚石(001)表面的第一性原理研究[J];物理学报;2004年08期
14 李淼泉;姚晓燕;;置氢α-钛和β-钛晶体结构的第一性原理研究[J];稀有金属材料与工程;2013年03期
15 李英德;分子和金表面相互作用的第一性原理研究[J];潍坊学院学报;2002年06期
16 宫长伟;王轶农;杨大智;;NiTi形状记忆合金马氏体相变的第一性原理研究[J];物理学报;2006年06期
17 于海林;;氮化银结构特性的第一性原理研究[J];常熟理工学院学报;2007年04期
18 朱佳;林红;朱春城;柏跃磊;;Ti_2AlC热力学性能的第一性原理研究[J];稀有金属材料与工程;2013年S1期
19 阮林伟;朱玉俊;裘灵光;卢运祥;;C_3N_4基本性质的第一性原理研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2013年06期
20 付召明;王明阳;张岩星;张娜;杨宗献;;第一性原理研究由金属镍和钇稳定的氧化锆所形成的三相边界微观结构(英文)[J];物理化学学报;2014年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姜晓庶;Walter R.L.Lambrecht;;半导体非线性光学材料的第一性原理研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
2 郑晓;陈冠华;;开放电子体系的第一性原理方法[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年
3 宋庆功;褚勇;王艳波;耿德平;郭艳蕊;;有序α-(Al_(1/4)Cr_(3/4))_2O_3的结构及其稳定性研究[A];数学·力学·物理学·高新技术交叉研究进展——2010(13)卷[C];2010年
4 孙学勤;周树兰;林娜;李良;张玉芬;赵显;;关于金刚石的硬度的第一性原理研究[A];中国化学会第九届全国量子化学学术会议暨庆祝徐光宪教授从教六十年论文摘要集[C];2005年
5 周安;舒翠翠;刘立胜;翟鹏程;;双填充方钴矿电子结构和电传输性能的第一性原理研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 曾凡林;孙毅;;PVDF单链拉伸的第一性原理模拟[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年
7 潘红亮;王月花;;铁酸铋光学特性的第一性原理研究[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
8 宋庆功;王延峰;康建海;严慧羽;;第一性原理方法在插层化合物Li_xTiS_2结构与性能研究中的应用[A];中国数学力学物理学高新技术交叉研究学会第十二届学术年会论文集[C];2008年
9 刘红;邓莉;刘雷;杜建国;;MgSiO_3熔体高温高压状态方程的第一性原理分子动力学研究[A];中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会论文摘要专辑[C];2013年
10 平飞林;蒋刚;张林;朱正和;;~3He对LaNi_5储氚性能影响的第一性原理研究[A];第八届全国核靶技术学术交流会论文摘要集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙金平;水溶液环境羟基磷灰石/钛界面结构与性质第一性原理研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
2 龚奎;新型二维半导体材料及自旋相关器件量子输运的第一性原理研究[D];北京科技大学;2016年
3 崔琳;Si-C-N三元系中新型亚稳相的第一性原理研究[D];燕山大学;2015年
4 孙瑜;若干半导体非晶化相变的结构及化学键演化规律的第一性原理研究[D];吉林大学;2016年
5 李晨辉;纳米线,纳米岛和薄膜生长机理的第一性原理研究[D];郑州大学;2016年
6 李国豹;三种二次电池正极材料的第一性原理研究[D];大连理工大学;2016年
7 姚路驰;半导体纳米线成核生长机理的第一性原理研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2016年
8 容青艳;掺杂改善BiFeO_3磁性的第一性原理研究[D];湖南大学;2016年
9 宁锋;基于InAs纳米体系的电子结构和输运特性第一性原理研究[D];湖南大学;2015年
10 张小乐;基于第一性原理的深紫外氟化物晶体及复杂氧化物的理论研究[D];上海交通大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李凤;正交系超硬材料bc-BC_xN的第一性原理研究[D];西南大学;2015年
2 乌日勒;三元混晶GaAs_(1-x)Sb_x电子结构和光学性质的第一性原理研究[D];内蒙古大学;2015年
3 尹梦园;掺杂CoO与铁磁体/MoS_2界面的电子结构和磁性的第一性原理研究[D];天津理工大学;2015年
4 牛之慧;单相多铁性体CaMn_7O_(12)的第一性原理研究[D];昆明理工大学;2015年
5 金元俊;压力下122系铁基超导体的第一性原理研究[D];华南理工大学;2015年
6 张蓉芳;采用第一性原理研究[D];福建师范大学;2015年
7 王永真;Ba_2Ti_2Fe_2As_4O和CaIr_2的电子结构及光学性质的第一性原理研究[D];浙江大学;2015年
8 马静;纳米拓扑绝缘体(01ī5)电子结构第一性原理研究[D];陕西师范大学;2015年
9 张元元;掺杂ZnO和In_2O_3的第一性原理研究[D];吉林大学;2015年
10 胡京;几种Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ_2型黄铜矿半导体材料的第一性原理研究[D];中国矿业大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978