本文選題：類(lèi)石墨烯材料　切入點(diǎn)：金屬氧化物　出處：《青島科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：本文選用第一性原理方法,研究層狀類(lèi)石墨烯材料之間或與金屬氧化物之間形成的復(fù)合材料的相關(guān)性質(zhì)。以層狀類(lèi)石墨烯材料(包括石墨烯、g-C3N4、MoS2和黑磷)模型為基礎(chǔ),研究TiO_2/類(lèi)石墨烯復(fù)合材料和單層h-BN/氧化還原石墨烯(或氟修飾石墨烯)復(fù)合材料的幾何結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、光學(xué)性能和微觀光催化機(jī)理等。同時(shí),還研究了Fe_3O_4/石墨烯復(fù)合材料吸附Cr(Ⅵ)的相關(guān)機(jī)制,并進(jìn)行了深入的分析探討。具體研究?jī)?nèi)容分述如下:1.由于其優(yōu)異的性能,層狀類(lèi)石墨烯材料(下文中簡(jiǎn)稱(chēng)GLM)在光催化領(lǐng)域的研究中引起了強(qiáng)烈的關(guān)注。這項(xiàng)工作基于DFT的第一性原理計(jì)算,探索類(lèi)石墨烯材料復(fù)合對(duì)TiO_2光催化劑性能的影響。本章節(jié)理論證明TiO_2/GLM復(fù)合材料具有實(shí)驗(yàn)合成的可行性。同時(shí),對(duì)TiO_2/GLM復(fù)合體系的電子性質(zhì)進(jìn)行一系列表征:幾何結(jié)構(gòu),態(tài)密度,整體電荷密度,電荷差分密度和光學(xué)性能。GLM與TiO_2之間形成了異質(zhì)結(jié)導(dǎo)致電荷在GLM表面累積而在TiO_2一側(cè)轉(zhuǎn)移。在光照下,由TiO_2中O原子2p軌道組成的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)中的電子可以直接被激發(fā)或分散至由GLM和TiO_2重新雜化形成的最低未占分子軌道(LUMO)中。此外,電子空穴對(duì)的有效分離提高了TiO_2/GLM復(fù)合材料的光催化性能。理論結(jié)果指出了在TiO_2與GLM界面處的電子遷移路徑,闡釋了TiO_2/GLM的光催化活性增強(qiáng)的機(jī)理。2.基于DFT的第一性原理計(jì)算,研究了單層六方氮化硼(h-BN)復(fù)合氧化還原石墨烯片層(RGO)以及氟修飾石墨烯(GF)片層的光催化增強(qiáng)機(jī)制和電子性能。本文發(fā)現(xiàn)O或F原子對(duì)于h-BN/RGO(GF)復(fù)合材料的穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的作用。其次,h-BN/RGO(GF)復(fù)合材料的電子重組促進(jìn)了界面處的電子-空穴對(duì)的分離并且能夠抑制光生載流子與空穴的復(fù)合。h-BN/RGO(GF)復(fù)合材料的價(jià)帶和導(dǎo)帶的邊緣位置取決于RGO(GF)片層的構(gòu)型。此外,通過(guò)分析光生載流子躍遷路徑的改變以及在相互作用后吸收邊發(fā)生紅移,可以說(shuō)明h-BN/RGO(GF)復(fù)合材料的增強(qiáng)光催化的機(jī)制。最重要的是,不同的體系構(gòu)型可以得到不同標(biāo)準(zhǔn)的異質(zhì)結(jié)構(gòu),并且這些復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)越的氧化性。這些發(fā)現(xiàn)可以對(duì)詳細(xì)了解h-BN/RGO(GF)復(fù)合材料分子機(jī)制的特殊性能提供有價(jià)值的信息。3.基于DFT的第一性原理計(jì)算探究Fe_3O_4/石墨烯復(fù)合材料的吸附特性和電子性質(zhì)。本文計(jì)算了Fe_3O_4/石墨烯復(fù)合材料吸附Cr(Ⅵ)的相關(guān)電子性質(zhì)和幾何結(jié)構(gòu),并詳細(xì)闡明了相關(guān)實(shí)驗(yàn)中Fe_3O_4/石墨烯復(fù)合材料吸附性能增強(qiáng)的機(jī)制。首先理論證明Fe_3O_4/石墨烯復(fù)合材料具有實(shí)驗(yàn)合成的可行性。同時(shí),通過(guò)計(jì)算得出Fe_3O_4/石墨烯復(fù)合材料對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附能可以說(shuō)明吸附過(guò)程主要是相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)吸附。此外,作者詳細(xì)分析了電荷的遷移路徑是從Cr(Ⅵ)至Fe_3O_4/石墨烯復(fù)合材料。最后,通過(guò)分析電荷密度和差分電荷密度發(fā)現(xiàn)大量電荷聚集在復(fù)合材料的石墨烯上,這對(duì)整個(gè)吸附過(guò)程具有積極的作用。這項(xiàng)工作解釋了比相關(guān)實(shí)驗(yàn)更加微觀的吸附機(jī)理并能提供理論基礎(chǔ),Fe_3O_4/石墨烯復(fù)合材料可能有希望用于工業(yè)吸附Cr(Ⅵ)的應(yīng)用。
[Abstract]:On the basis of the first principle of DFT , the mechanism of photocatalytic enhancement of TiO _ 2 / GLM composites is studied . The results show that the electron recombination between the TiO _ 2 / GLM composites has a critical role in the photocatalytic activity of TiO _ 2 / GLM composites .

【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1692011