二维纳米材料化学修饰及高性能催化剂构建的理论研究

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ni_gejianren
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石墨烯二维材料,是由碳原子以sp2杂化键排列在六方晶格中的平面结构。由于其独特的光学性质、电子性质、磁性、机械性能已经引起了各个研究领域的广泛关注。最近研究表明化学掺杂石墨烯能有效调节石墨烯的电子性质和磁性质。在各种非金属元素(例如:B、N、S、F、P等)的掺杂中N原子掺杂具有明显的优势。硼氮纳米片是石墨烯的类似物具有比石墨烯更高的热稳定性和化学稳定性,但硼氮纳米片具有很宽的带隙(-6eV),因此限制了硼氮纳米片的应用。研究发现化学修饰不仅可以增强BN纳米片溶解度,而且可以有效调控BN纳米片的电、磁学性质,从而拓宽了其应用前景。在本论文中,我们主要研究了Pt13纳米粒子在氮掺杂石墨烯上的沉积作用及醛基修饰对硼氮纳米片表面电子性质的影响。(1)首先我们采用密度泛函理论研究了Pt13纳米粒子沉积在三种不同种氮掺杂石墨烯上的结构及其电子性质及氧原子在此复合材料上的吸附作用。研究结果表明N掺杂能增强石墨烯Pt13纳米粒子的结合强度,从而增强体系的稳定性。由于Pt13纳米粒子的d带中心下降使得一定数目的电子从Pt13纳米粒子转移到了基底上。从而降低了氧原子在此复合材料上的吸附作用。因而,N掺杂石墨烯的负载增强了Pt纳米粒子的催化活性。(2)我们运用密度泛函理论计算不同醛基覆盖率在硼氮纳米片表面上的吸附作用并研究醛基吸附对硼氮纳米片结构和电子性质的影响。研究结果表明单个醛基在硼氮纳米片吸附非常弱,吸附能可忽略不计(-0.09 eV)。更多醛基吸附时,醛基更喜欢成对吸附在硼氮纳米片的B原子和邻位的N原子上(分别从两面进行吸附)。醛基的覆盖率能高达40%其吸附能为-0.29eV。醛基修饰能有效调节硼氮纳米片的带隙,进而增强其导电性。本文研究结果表明氮掺杂缺陷石墨烯不仅可以增强纳米粒子的稳定性而且可以降低氧原子的吸附能,有望作为氧化还原反应的催化剂。醛基修饰硼氮纳米片可以有效的降低硼氮纳米片的带隙,从而为拓宽其应用领域提供理论指导和线索。
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