發(fā)布時(shí)間：2020-08-11 16:03

【摘要】：近年來(lái),硫鋰電池和燃料電池作為一種有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石燃料的新型能源,從而受到人們的關(guān)注。現(xiàn)階段,鋰硫電池的“穿梭效應(yīng)”是限制鋰硫電池性能和應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一,尋找合適的正極復(fù)合材料來(lái)抑制“穿梭效應(yīng)”是亟待解決的問(wèn)題。共價(jià)有機(jī)化合物(COFs)因?yàn)榫哂锌烧{(diào)控的規(guī)則結(jié)構(gòu)和極性官能團(tuán),被認(rèn)為是錨定硫鋰化合物的理想潛在正極復(fù)合材料。選擇四種具有不同鏈接官能團(tuán)的COFs結(jié)構(gòu)作為正極材料,分別為:硼氧六元環(huán)鏈接的COF-1結(jié)構(gòu)、三嗪環(huán)鏈接的CTF-1結(jié)構(gòu)、亞胺鏈接的COF-LZU1及腙鏈接的COF-42結(jié)構(gòu)。采用投影綴加平面波方法(PAW)贗勢(shì),廣義梯度近似(GGA)Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)交換相關(guān)函數(shù),研究硫鋰化合物(Li_2S_n)與COFs的作用機(jī)理。通過(guò)分析吸附構(gòu)型、吸附能、電子密度差分以及態(tài)密度等性質(zhì),發(fā)現(xiàn)COFs材料與硫鋰化合物的化學(xué)吸附作用主要源于COFs表面極性N和O原子與Li之間的靜電作用力。在COF-42/Li_2S_n吸附構(gòu)型中,N和O原子與Li之間形成雙重類離子鍵,COF-42的錨定效應(yīng)優(yōu)于其他COFs結(jié)構(gòu)。而電子密度差分和Bader電荷差分表明,與其他COFs材料相比,Li_2S_n和COF-42之間電荷轉(zhuǎn)移量最多,這也證明了COF-42具有最強(qiáng)的錨定作用。最后,將Li_2S_n和常用電解質(zhì)分子1,3-二氧戊環(huán)(DOL)和二甲氧基乙烷(DME)的吸附能與COF-42/Li_2S_n的吸附能比較,證明COF-42的吸附可以抑制溶劑化效應(yīng)。比較四種COF材料的帶隙值可以看出,COF-42的具有更好的導(dǎo)電性。因此,COF-42具有良好的導(dǎo)電性和錨定效應(yīng),是一種潛在的理想錨定材料。燃料電池的陰極反應(yīng)緩慢,是反應(yīng)的限制因素,而傳統(tǒng)的陰極催化劑金屬Pt價(jià)格昂貴,不適于大規(guī)模生產(chǎn)。摻雜H原子的PdH_x結(jié)構(gòu)具有很好的陰極反應(yīng)催化活性。前人研究表明,O在催化劑上的吸附能與催化劑的活性呈“火山曲線”關(guān)系,即O在Pd催化劑表面的吸附能可以作為判斷催化劑活性的描述符。本論文通過(guò)密度泛函方法來(lái)研究影響PdH_x催化劑的因素。第一,拉伸或壓縮度的影響。與Pd晶體相比,PdH_x因?yàn)橐際原子而發(fā)生晶胞擴(kuò)大(拉伸),通過(guò)比較不同拉伸或壓縮度的Pd(1 1 1)面,我們得出晶胞拉伸會(huì)增大吸附能的結(jié)論。第二,研究不同H/Pd比例對(duì)吸附能的作用,發(fā)現(xiàn)H原子的引入會(huì)減小吸附能。因此與純金屬Pd相比,PdH_x同時(shí)受到晶胞擴(kuò)大和H原子兩個(gè)因素的影響,可以通過(guò)控制晶胞大小和H的比例來(lái)設(shè)計(jì)最優(yōu)的PdH_x結(jié)構(gòu)。第三,形貌的影響,計(jì)算表明,H/Pd=1:3,晶胞擴(kuò)大7.6%的Pd(2 2 1)晶面具有很好的催化活性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM912;TM911.4;O643.36

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本文編號(hào)：2789271