推荐5篇关于二维材料的计算机专业论文

今天分享的是关于二维材料的5篇计算机毕业论文范文, 如果你的论文涉及到二维材料等主题,本文能够帮助到你

缺陷调控二维材料电催化还原CO2性能的第一性原理计算研究

这是一篇关于密度泛函理论,二氧化碳还原反应,二维材料,缺陷调控的论文, 主要内容为化石燃料快速消耗所排放的过量二氧化碳(CO2)导致了严重的温室效应和海洋酸化等环境问题,迫使人们寻找有效手段降低大气中CO2浓度。在各种方法中,通过电化学方法将CO2还原为各种高附加值的化学原料作为一种有效降低大气中CO2浓度的方法受到广泛关注。然而,CO2分子具有极佳的热力学稳定性并且还原产物众多,所以需要找到同时具有高活性和高选择性的催化剂。最近,二维材料(two-dimensional material),如二硫化钨(WS2)、多孔氮化石墨烯(C2N)、石墨炔(GY)等,由于其独特的微观结构和优异的物理化学性质在电化学催化方面展现出了巨大的潜力。但是,电催化CO2还原反应(CO2RR)过程通常发生在材料的表面,因此在进行催化剂设计时针对二维材料表面的缺陷设计与性能调控具有十分重要的科学研究意义和工程应用价值。本论文以几种典型二维材料为研究对象,从材料的基平面、边缘的缺陷设计和调控入手,研究了这些材料的电催化CO2RR活性,所取得的创新性研究结果如下:(1)利用密度泛函理论建立了 W原子在顶层暴露的WS2边缘结构。通过在WS2的顶层掺杂过渡金属(TM)原子建立了 WS2-XTM-y(x=1、2 或 3;y=1 或 2;TM=Zn、Fe、Co 或 Ni)模型,考察了掺杂原子种类、掺杂浓度和吸附位点对其电催化活性的影响。在WS2-XTM-y模型中,CO2RR的活性位点为W原子。TM原子的掺杂会影响W和S原子之间的结合强度。在WS2-2TM-1中掺杂TM原子后,S原子和底层W原子的导电性得到了极大的改善。因此,催化活性显著提高,其中WS2-2Zn-1模型的催化活性最好。WS2-2Zn-1模型上CO2RR还原为CO的极限电势(UL)为-0.51 V;中间体在WS2-2Zn-1模型上吸附的吉布斯能变化(ΔG)分别为ΔG(COOH*)=-0.37 eV和ΔG(CO*)=-0.51 eV。溶剂化校正结果表明,WS2-2Zn-1在较宽的pH值范围内仍能保持良好的催化性能。本研究结果可为设计和合成高性能的新型CO2RR电催化剂提供理论依据。(2)利用第一性原理,建立了单层多孔C2N负载过渡金属的三原子催化剂(3TM-C2N,TM=Mn、Mo、Ru或Ti)模型,研究其催化CO2还原为单碳(C1)产物的催化性能。计算结果表明,3TM-C2N催化剂结构稳定,不但能有效吸附和活化CO2,而且对析氢反应(HER)有良好的抑制性。吉布斯自由能分布图显示,3TM-C2N催化CO2RR生成C1产物的路径各不相同。极限电势分析显示,3Mn-C2N在3TM-C2N中表现出最好的催化性能,对CH3OH和CH4表现出最好选择性,UL均为-0.44 V。这些发现不仅为实验上调控C2N基催化剂提供了理论依据,还对开发其他高效的CO2RR电催化剂有指导意义。(3)通过第一性原理,建立了 GY负载过渡金属的三原子催化剂 TM1TM2TM3@GY(TM=Mn、Fe、Co、Ni、Cu 或 Mo)模型,并系统的研究了 TM1TM2TM3@GY催化还原CO2生成CO产物的催化性能。计算结果表明,TM1TM2TM3@GY催化剂结构稳定,过渡金属三原子的引入能有效改善催化剂的能带结构,提升其导电性,其中,MnMoFe@GY和MnMoCu@GY表现出最好的催化活性和CO2RR选择性,对HER有良好的抑制性,MnMoFe@GY和MnMoCu@GY还原CO2生成CO的UL为-0.73和-0.36 V。几何结构和电子结构的差异造成了 MnMoFe@GY和MnMoCu@GY催化性能的差异。分析表明Mn、Mo和Cu的协同作用是MnMoCu@GY催化性能最好的原因。这些发现不仅为实验上调控GY基催化剂提供了理论依据,还对开发其他高效的CO2RR电催化剂有指导意义。

缺陷调控二维材料电催化还原CO2性能的第一性原理计算研究

钙钛矿光伏自供电气体传感性能与机理研究

这是一篇关于钙钛矿太阳能电池,光伏自供电气体传感器,二维材料,第一性原理计算的论文, 主要内容为钙钛矿光伏自供电气体传感技术可以很好地缓解能源危机和环境问题。而具有优异气敏-光伏性能的材料作为制造传感器件的基础,始终需要通过不断地开发来满足发展需求。利用理论计算方法探索新型钙钛矿材料在光伏自供电系统中的应用,能够避免实验开发的周期性长和结果不确定性等缺点。因此,该工作利用密度泛函理论的第一性原理方法,探索了钙钛矿及其异质结材料在光伏自供电气体传感领域的应用前景。主要研究内容如下:(1)通过微处理技术,集成小型化气体传感器和太阳能电池,是目前光伏自供电领域采取的最普遍措施。开发具有更高效率的太阳能电池是该技术面临的最大挑战。优异的空穴传输层(ETL)可以大幅度提升钙钛矿光伏器件的光电转换效率,使其在自供电领域可以作为良好的供电单元与传感单元进行集成。因此,在本项工作中,通过将二维Janus M2Se X(M=Ge,Sn,以及X=S,Se,Te)材料作为空穴传输层引入CsPbBr3中,探索M2Se X/CsPbBr3层叠结构作为独立的光伏供电单元在自供电传感领域的应用前景。在较大的结合能,优异的II型异质结构以及内建电场的作用下,可以快速的将光生空穴从CsPbBr3中提取并通过Ge2Se S传输层,最终将其输运到顶部电极。优异的吸收光谱确保了光激发的源源不断,同时较大的载流子迁移率,也证明了Ge2Se S作为CsPbBr3钙钛矿吸光层的空穴传输层可以增大光伏器件的光电转换效率。因此,可将该结构用于器件设计并将其作为独立的光伏供电单元与传感单元进行集成。(2)尽管太阳能电池和气体传感器的集成可以在一定程度上满足自供电需求,但无法实现器件小型化和结构简单化。由于异质结构能够实现光伏效应和气体检测两种功能,比独立单元集成化更具有发展前景。因此,开发具有更优异的气敏-光电性能的新型异质结复合材料是非常有必要的。在本项工作中,首先基于第一原理,研究了常见有毒气体(包括CO、H2S、NH3、SO2和NO2)在单层磷化锑(Sb P)上的吸附情况。结果表明,单层Sb P和NO2之间具有高的吸附能和电荷转移,分别为-0.876e V和-0.83e。其次,结合电子性质、从头算分子动力学、恢复时间和应变调控等多种理论方法,进一步证明了单层Sb P在NO2检测领域中的巨大潜力。再次,通过构建异质结,使其在不损失气敏性能的前提下,又具有了良好的光吸收能力。然后,通过能带排列发现在单层Sb P/MAPb I3异质结构中产生了内建电场,其抑制光生载流子复合,进而提高光电转换效率。最后,基于理论分析设计了基于气敏-光伏异质结的自供电器件原理图并分析了工作原理,证明了Sb P/MAPb I3异质结在光伏自供电传感领域的广阔前景。(3)异质结光伏自供电传感技术不仅实现了气敏-光伏功能化,也达成了器件结构微型化。但在材料制备方面,异质结产生的界面缺陷往往会严重影响电学及光学性质。因此,通过单一材料替代异质结可以有效解决此问题。金属卤化物钙钛矿材料的高表面活性和大比表面积为提高气体传感器的灵敏度和选择性创造了有利条件。同时,高光电转换效率使得钙钛矿作为独立元器件可以成为新型自供电气体传感领域的最佳候选者。因此,分别从气敏和光伏的角度全面探索了CsPbBr3在该领域存在的巨大潜力。首先,基于第一性原理计算和非平衡格林函数,研究了几种挥发性有机化合物,包括C2H6、CH4、CH3OH、CH3CHO和CH2O,在Cs Pb X3(X=Cl、Br和I)表面的吸附机理。结果表明,CsPbBr3对CH2O分子具有良好的气敏性能。其次,电流-电压(I-V)曲线表明,CH2O在CsPbBr3表面吸附后的电荷输运性能具有明显的响应。再次,良好的机械响应使吸附过程可逆,并为柔性装置提供了可能性。然后,良好的吸收光谱为CsPbBr3在光伏自供电传感器中的应用奠定了基础。最后,通过能级排列设计了基于CsPbBr3的自供电传感器件原理图。因此,具有优异气敏-光伏性能以及可微型化的CsPbBr3钙钛矿材料有望成为具有高灵敏度和高选择性的甲醛自供电气体传感器的候选者。

二维金属硫化物纳米片的可控合成及电催化还原小分子性能研究

这是一篇关于二维材料,活性位点调控,组分和结构控制,电催化还原二氧化碳,电催化还原氧气的论文, 主要内容为“2030碳达峰2060碳中和”的战略决策纳入生态文明建设布局,对社会经济发展而言,无疑是一场广泛而深刻的系统性变革。能源转型是人类文明发展和延续的必然,通过可再生清洁能源进行电催化还原二氧化碳(CO2RR)和氧气(ORR),获得高附加值化学品和原料,不仅减少对化石燃料的依赖,同时为碳捕集、利用与封存(CCUS)提供良好的解决方案,良好的经济可行性使得实现能源转换在市场上更受欢迎。合适的催化剂可使电催化能量利用更充分,寻找高迁移率、高导电性和稳定性的绿色高效催化剂一直是科学研究热点。二维材料由于其独特的扩展拓扑结构,成为新一代绿色能源领域的潜在催化剂。目前已报道的二维催化剂用于电催化主要存在副产物多、选择性差、过电势大和电流密度低等问题。研究表明利用掺杂、构筑缺陷和异质结等策略可调控材料的电催化活性和选择性。基于此,本论文围绕二维金属硫化物纳米阵列电催化剂的改性和优化展开研究,通过氮掺杂碳调控活性位点及调节催化剂的组成和结构来分别提高其电催化CO2还原反应(CO2RR)的选择性和O2还原反应(ORR)的活性。论文主要工作如下:(1)采用水热合成法在氮掺杂碳布(N-CC)上合成Zn In2S4纳米片阵列,制备Zn In2S4/N-CC材料。所合成的复合材料在0.5 M KHCO3电解液中进行电化学还原二氧化碳性能测试,其电流密度及产乙醇的法拉第效率均优于未改性的Zn In2S4原材料。研究表明通过氮掺杂碳调节活性位点,能够有效的提高三元金属硫化物Zn In2S4还原二氧化碳产乙醇的活性和选择性。相关研究为设计三元金属硫化物CO2RR电催化剂提供了新思路。(2)通过水热法在不锈钢网丝上(SSM)合成Ni(OH)2纳米片阵列,进一步控制Ni(OH)2/SSM硫化温度和时间制备了Ni S2/SSM、Ni3S2/SSM、Ni S/SSM材料,并维持纳米片阵列形貌不变。不同化学计量比的催化剂在0.05 M H2SO4电解液中用于电化学还原氧气。试验结果表明Ni S2/SSM在0.5 V vs.RHE电位时,H2O2的产率和法拉第效率最高。理论计算表明,Ni原子为催化位点。比较三者电化学性能发现,不同化学计量比对H2O2的产量和选择性有较大影响,随着硫化物中镍含量的增加,催化剂的电化学性能逐渐减小。

本文内容包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主题。发布者：毕设项目助手，原文地址：https://bishedaima.com/lunwen/52503.html