新型二维过渡金属硼化物MBene(迈博稀)催化产氢(HER)的机理研究开题报告

 2020-02-18 07:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

二维材料如石墨烯、单层BN和单层过渡金属硫化物等在众多领域展现了卓越的应用潜力。MXene材料是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料,由陶瓷材料的MAX相(M是过渡金属原子,A代表第IIIA或IVA族的元素,X代表碳或氮原子)刻蚀得来,结构类似石墨烯。目前该类材料已在多个材料研究领域,如能源、光学、催化等,引起了广泛的关注。最近几年,MXene在能源催化方面取得了很大的进展。MXene的催化研究主要由理论计算引导,相对于实验来说,理论计算成本低、效率高、研发周期短,从而能够更高效地筛选出高活性的析氢反应催化剂。

目前,MXene的研究慢慢开始延申到硼化物。与MAX相类似的过渡金属三元层状硼化物MAB相(其中M是过渡金属原子、A是Al或Si原子、B是硼原子)剥离产生的二维材料MBene的相关研究正在兴起。目前的研究表明,MBene是理想的析氢反应催化剂。在本研究中,我将借助MXene材料催化产氢的研究思路,进行MBene材料的催化产氢研究,筛选出适合的催化剂并进行催化机理研究。

2. 研究的基本内容与方案

论文基本内容:

1. 利用密度泛函理论,研究现有mbene材料的电子结构、h2吸附能,筛选出适合作为her催化剂的mbene材料;

2. 利用密度泛函理论,探究mbene材料her的热力学机理:计算吉布斯自由能、过渡态搜索、评估her的过电流函数、并画出her的火山图;

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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mbene材料的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;熟悉计算软件的使用;

2. 第2-8周:筛选出合适的结构,利用第一性原理优化体系的几何结构,计算mbene材料的电子结构和催化性能;

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4. 参考文献(12篇以上)

必读参考文献

[1] z. jiang, p. wang, x. jiang and j. zhao, nanoscale horiz., 2018, 3, 335—341

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