缺陷诱导双金属MXene催化还原二氧化碳的第一性原理计算研究开题报告

 2022-01-13 08:01

全文总字数:5278字

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着科学技术的发展,人们对于能源的需求日益增加,然而当前世界能源消耗的绝大部分仍来自于以石油、煤、天然气等为主的化石能源。随着化石燃料的日益开采与消耗,大气中二氧化碳(CO2)浓度已远远超过其安全上限,并且导致了全球温室效应等气候和环境问题。因此,如何稳定控制大气中CO2浓度是各领域研究者们亟待解决的一大难题。与此同时,CO2广泛存在于自然界中,是一种潜在的优质碳资源,采用CO2作为碳化学的基础原料制备各类高值化学品有着无毒无害、易储存、运输安全,使用成本低廉等优势,且有助于实现自然界碳循环平衡。因此对于二氧化碳催化还原的研究有着重要的学术与经济意义。

二氧化碳催化还原面临的重大科学技术难题是催化还原CO2产品选择性差,催化剂稳定性差及催化效率低,其原因之一是传统使用的块体催化剂往往存在电流密度低、过电势高、产物选择性差、容易失活等缺点。在最近几十年里,纳米科技飞速发展为这一研究领域注入了新的活力。与传统的催化材料相比,二维纳米材料(纳米片)具有更大的比表面积,有利于反应物的扩散;具有更多暴露的活性位点,有利于界面电荷的快速转移。同时,二维材料可以通过异质原子掺杂促进反应物的化学吸附与活化、通过缺陷诱导和外界刺激(电场、应变、光照等)实现对电子结构的调节,有效调节其催化性质。因此,二维材料在CO2催化还原领域表现出巨大的潜力。

然而,传统的二维材料电子传导能力较差。二维过渡双金属碳化物(MXene)是一种新型的类石墨烯二维材料,具有独特的层状结构和较高的载流子迁移率,被广泛应用于电化学储能和环境有害物质吸附等方面。该材料具有的本征纳米级层状结构、巨大的比表面积和良好的亲水性,优异的导电性,使得其在催化还原CO2方面有着巨大的潜力。因此本项目将以纳米双金属MXene为主要研究对象,通过第一性原理计算系统研究缺陷诱导的双金属MXene对CO2捕获与转化中电传输机制的调控、CO2光催化还原反应的热-动力学的相关性,深化理解CO2转化机理,为研发高性能CO2捕获与转化的催化剂和探索催化反应的高效化方法提供指导。

2. 研究的基本内容与方案

(一)研究内容

(1)了解选题背景,即其对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响,通过查阅国内外相关文献,对该选题进行深入调研;

(2)学习理解co2的捕获与转化机理;

剩余内容已隐藏,您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容!

3. 研究计划与安排

(1)第1-4周:调研、查阅与课题有关的书籍和相关资料,了解双金属mxene材料的结构以及研究进展;熟悉密度泛函原理和分子动力学原理;熟悉ms和castep程序包的使用;

(2)第2-8周:构筑co2/双金属mxene结构,利用第一性原理程序包castep优化复合体系的几何结构,计算co2在双金属mxene的吸附能以及复合体系的电子结构;

(3)第3-12周:计算co2在缺陷调制的双金属mxene上的催化还原的性能表征,以及反应机制,获得co2rr反应规律;

剩余内容已隐藏,您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容!

4. 参考文献(12篇以上)

[1]. bo ding, wee-junong, jizhou jiang, xingzhu chen, neng li*, uncovering the electrochemicalmechanisms for hydrogen evolution reaction of heteroatom doped m2c mxene (m=ti, mo), applied surface science, 2019, 10.1016/j.apsusc.2019.143987

[2]. luna tie, nengli*, chongfei yu, yanmei liu, siyu yang, hui chen, shuying dong, jingyu sun,shi xue dou, jianhui sunself-supported nonprecious mxene/ni3s2 electrocatalystsfor efficient hydrogen generation in alkaline media, acs appl. energy mater.,2019, 296931-6938

[3]. qingwen guan,junfei ma, wenjing yang, rui zhang, xiaojie zhang, xiaoxiao dong, yuting fan,lulu cai*, yi cao, yilin zhang, neng li*, quan xu, highly fluorescent ti3c2mxene quantum dots for macrophage labeling and cu2 ion sensing, nanoscale,2019,11, 14123-14133

剩余内容已隐藏,您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。