基于密度泛函理论(DFT)的广义梯度近似(GGA),本文对本征石墨烯以及掺杂Fe,Co,Ni石墨烯的几何结构和电子性质进行了优化计算,并计算了C2H4在本征石墨烯以及掺杂石墨烯表面的吸附过程,讨论了体系的吸附能、稳定性、DOS及掺杂对键长的影响.结果表明C2H4在本征石墨烯B位的吸附和掺杂石墨烯的吸附为化学吸附,在本征石墨烯T和H位的吸附为物理吸附;掺杂后石墨烯的比表面积增大,与本征石墨烯相比,掺杂使费米能级附近的态密度积分显著提高,表明掺杂石墨烯的电导性会发生变化,从而影响对C2H4的气敏度..C2H4在Fe、Co、Ni分别掺石墨烯的最佳吸附位为T位、H位和B位;掺杂Fe,Ni后体系的吸附能力显著提高,且掺杂Ni时体系的吸附能力最好....
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以六水合硝酸钴为金属源,苯并咪唑为有机配体,对苯二胺改性氧化石墨烯(PGO)为碳载体,采用一步溶剂热法合成金属有机骨架(MOF)-PGO前躯体,经过高温处理制备了多孔Co-N-PGO催化剂。采用比表面积孔隙度分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱等物理表征手段对催化剂形貌、结构以及元素形态进行表征,同时利用线性扫描伏安法和计时电流法对催化剂在碱性电解液中的氧还原(ORR)性能进行测试。结果表明,Co-N-PGO催化剂具有较高的比表面积和电化学活性面积,良好的结晶程度以及丰富的孔洞结构。此外,Co-N-PGO催化剂表现出优异的ORR催化活性,半波电位与商业Pt/C催化剂相比仅相差10mV,同时拥有更好的稳定性及抗甲醇毒化性能。根据K-L方程,Co-N-PGO催化剂在ORR过程中主要为四电子途径,与Pt/C催化剂反应机理相似。...
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采用第一性原理,研究了不同浓度的氮掺杂石墨烯还原氧分子的机理.结果表明,掺杂氮原子以后,氧分子的吸附能增大,获得的电荷增多,O-O键长变长,说明氮掺杂石墨烯增强了对氧分子的还原能力.进一步分析发现,氧分子吸附之后,氮原子和氧分子均从碳原子上获得电荷,氮原子同时也向氧分子转移电荷,从而使氧分子与基底的相互作用增强.另外,通过对比不同浓度的氮原子掺杂,发现3.13 at%的氮原子掺杂比例对氧分子的还原性能最好....
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石墨烯是由一层碳原子以sp^2杂化轨道按蜂巢晶格排列构成的二维碳纳米材料,由于其超大的平面共轭结构,石墨烯中的π电子具有显著的离域效应。石墨烯具有许多令人惊奇的电子或电学性质,比如室温量子霍尔效应、自选传输性质、极高的载流子迁移率和超低的电阻率以及优异的光学性质和力学性质。然而,与其他绝大多数二维材料不同,较大二维尺寸的石墨烯还具有零带隙的半金属材料特性,限制了石墨烯在光电器件和半导体等领域的应用。因此,如何打开石墨烯的带隙,将其从半金属材料转变为半导体材料,引起了人们的广泛兴趣。目前,已知打开石墨烯带隙的方法主要有两种:一种是对石墨烯进行化学掺杂以破坏其π电子共轭体系;另外一种是基于量子效应,将石墨烯切割成纳米带、纳米筛或量子点。石墨烯量子点(GQDs)是二维平面尺寸小于100nm的石墨烯片段,因其具有量子限域效应和边界效应而呈现出特殊的物理化学性质,是一种具有带隙的半导体材料。与传统半导体量子点相比,GQDs具有毒性低、水溶性好、化学活性低、生物相容性好以及荧光性质稳定等突出优点。此外,GQDs具有单原子层平面共轭结构和较大的比表面积,同时表面的含氧基团可以为外来分子与之结合提供活性位点,在太阳能电池、光电子器件、生物医药等领域具有广泛的应用前景。GQDs的制备方法主要分为自上而下和自下而上两种方法。自上而下法主要包括强酸氧化法,水热/溶剂热法,电化学氧化法等。该方法的优点是原料来源丰富、制备过程相对简单,制备所得的GQDs表面含有丰富的含氧基团,具有良好的水溶性,易于表面功能化。自下而上方法主要分为可控有机合成和碳化反应。前者可以制备出具有精确碳原子数、大小和形状均一的GQDs,但是制备过程复杂繁琐、反应耗时长且产率较...
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采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯、氮掺杂的石墨烯和叽咯石墨烯吸附钠原子的电荷密度、吸附能、态密度和储存量.结果表明,三种石墨烯中,钠原子的最佳吸附位置为H位.与本征石墨烯相比,氮掺杂的石墨烯对钠原子的吸附能提高,叽咯石墨烯对钠原子的吸附能是-3.274 eV,约为本征石墨烯对钠原子吸附能的1.7倍.钠原子与叽咯石墨烯中的氮原子发生轨道杂化,而与本征石墨烯和氮掺杂的石墨烯没有发生轨道杂化现象.叽咯石墨烯能够吸附10个钠原子,与本征石墨烯相比显著提高,氮掺杂的石墨烯只能吸附4个钠原子.因此,叽咯石墨烯有望成为一种潜在的储钠材料....
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利用第一性原理方法,采用超软赝势库系统研究了硝酸熏蒸石墨烯得到的氧化石墨烯结构的稳定性及电子结构.基于石墨烯正交元胞的2×2超胞模型建立相应的正交晶系硝酸熏蒸氧化石墨烯模型,包含15个碳原子和2个氧原子.结果表明熏蒸后包含碳氧双键的氧化石墨烯结构为能量较低的稳定结构,与实验报道一致.力学稳定性分析表明该结构的C66>0,C11>0,C11C22>C12^2,处于力学稳定状态.通过分析熏蒸前后的反应物和生成物,表明硝酸起催化作用;且硝酸氧化石墨烯为吸热过程,反应发生需要外界热源.通过分析结构的电子特性,得出氧化石墨烯为直接带隙本征半导体,带隙值为1.12 eV,功函数为5.28 eV.研究结果为硝酸氧化石墨烯的制备及其在光电子器件领域的应用提供了理论依据....
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