二维MXene材料电光催化性能的第一性原理研究.pdf

目录

中文摘要I

AbstractIII

第一章绪论1

1.1引言1

1.2二维MXene材料及电光催化研究2

1.2.1二维MXene材料2

1.2.2二维MXene材料电催化研究现状4

1.2.3二维MXene材料光催化研究现状6

1.3本论文的研究内容7

第二章过渡金属单原子吸附二维ScCTO（T=F，H，OH）MXene电催化性能研究9

2

2.1研究背景9

2.2建模与计算参数10

2.3结果与讨论11

2.3.1MXene基底及吸附体系的稳定性11

2.3.2吸附体系的ORR/OER催化性能13

2.4本章小结21

第三章二维YC基MXene光催化性能研究23

2

3.1研究背景23

3.2建模与计算参数26

3.3结果与讨论27

3.3.1二维YC基MXene的基本性质27

2

3.3.2对称表面官能化YCTMXene的光催化能力32

22

3.3.3非对称表面官能化YCTT′MXene的光催化能力33

2

3.4本章小结35

第四章总结与展望37

4.1总结37

4.2展望38

参考文献39

攻读硕士学位期间的研究成果55

致谢57

二维MXene材料电光催化性能的第一性原理研究

中文摘要

自十八世纪工业革命之后，几百年的快速发展造成了严重的能源与环境问题。人们

迫切需要发展新型能源技术，寻找可再生能源。首先在新型能源技术中，燃料电池、金

属空气电池等能量存储和转化装置一直以来都是相关领域的研究热点。而阴极上发生的

氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）是整个电池反应的关键步骤。通过使用合适的

阴极材料催化ORR与OER可以大大提高电池性能。与此同时，氢能作为新型可再生能源

具有能量密度高、储量丰富、产物无污染等优点，受到科研人员的广泛关注。但目前主

流的制氢方法有诸多缺点，极大限制了氢能的应用。因此，光催化水分解制氢凭借原料

丰富、产物无污染、成本低等优点受到广泛关注。MXene材料作为新型二维材料（2D）

具有优秀的物理化学性质，在电、光催化领域应用广泛。因此，探究MXene基材料的电

光催化性能、寻找新型MXene基电光催化材料，具有重要意义。

本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，系统探究了过渡金属单原子

吸附ScC基MXene的ORR与OER电催化性能和YC基MXene的光催化性能。首先，

22

具体研究了ScC基MXene基底和吸附体系的稳定性、ORR和OER催化性能和催化反应

2

中的关键步骤，筛选出一系列性能优秀的电催化剂。而后，系统探究了YC基MXene的

2

几何结构、电子结构、光学性质和光催化性质，筛选出三种可能的光催化剂。本论文的

具体研究内容和主要结论如下：

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