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石墨烯的掺杂及在燃料电池中的潜在应用:第一性原理计算研究

批准号:
11074128
项目类别:
面上项目
资助金额:
39.0 万元
负责人:
张立新
依托单位:
学科分类:
凝聚态物质电子结构
结题年份:
2013
批准年份:
2010
项目状态:
已结题
项目参与者:
李飞飞、钱钧、王彬、季明远、宋令枝

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
石墨烯呈理想的二维周期结构,有着十分独特的电子结构和电学性质。不仅如此,其掺杂材料也越来越多地引起人们的注意。掺杂可以调控石墨烯的电子结构及电子占据状态。结合电子本身的相对论性费密子性质,掺杂的石墨烯有可能具有十分丰富的特殊物理和化学性质。这里,掺杂是个广义的概念,包括来自衬底、平面内及边缘的吸附物质以及各种内禀、外禀缺陷、甚至表面机械弯曲的多种影响。研究在这些影响的协同作用下石墨烯在结构、物理、化学性质上的改变是拓展石墨烯应用的基础。本研究将应用第一性原理计算的方法,首先比较N、 B不同构型杂质(缺陷)的形成能,揭示在一般条件下杂质的状态分布。其次将研究多种杂质对石墨烯电子结构的协同调控,以及与在氢燃料电池的还原反应中出现的各种可能中间态:O2、OH、OOH、H2、H2O、O、H的相互作用趋势,从而揭示出N、B掺杂提高碳纳米合金催化反应活性(类似于Pt)的物理机制。
英文摘要
这个项目自始至终进行得比较顺利。这期间我们总共发表SCI论文8篇,其中PRB三篇,APL1篇。此外,还有两篇论文正在审稿阶段,两篇处在完成阶段。.我们的研究发现,在石墨烯中,N替换杂质必须以集团的形式存在才会有期望的催化性质(PRB2012),而在石墨烯中高密度实现这样的杂质集团,技术上还是比较困难的。在衬底上直接合成CN二维材料也许是一个有效的尝试(JCP)。在石墨烯的生长过程中,我们还发现对衬底进行技术处理(PRB2013)是十分必要的。.我们发现,活性点不在N原子上,而是在C原子上。这一发现和最近的实验发现是一致的。因此我们确信,能替换Pt的材料的范围可能更广。这也是我们下一步研究的方向。.在经费的使用上,我们基本上严格按照预算在执行。项目支持了前后共10名研究生的学习生活,10人次参加国内的学术会议和交流,3人次参加境外的学术交流。此外还支持我们购置了必要的计算设备、大量机时,以及大型计算设备需要的水电费等等。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: 10.1088/0953-8984/25/4/045011
发表时间: 2013-01
期刊: Journal of Physics: Condensed Matter
影响因子: --
作者: [Xiaolong Yao;Yexin Feng;Zhenpeng Hu;Lixin Zhang;E. Wang]
通讯作者: Xiaolong Yao;Yexin Feng;Zhenpeng Hu;Lixin Zhang;E. Wang
Tuning the catalytic property of nitrogen-doped graphene for cathode oxygen reduction reaction
调整氮掺杂石墨烯对阴极氧还原反应的催化性能
DOI: 10.1103/physrevb.85.155454
发表时间: 2012-04-26
期刊: PHYSICAL REVIEW B
影响因子: 3.7
作者: [Feng, Yexin, Li, Feifei, Wang, E. G.]
通讯作者: Wang, E. G.
DOI: 10.1016/j.ssc.2010.10.033
发表时间: 2011
期刊: Solid State Communications
影响因子: 2.1
作者: [Lixin Zhang;S. Wei]
通讯作者: Lixin Zhang;S. Wei
DOI: 10.1103/physrevb.84.054543
发表时间: 2011-08
期刊: Physical Review B
影响因子: 3.7
作者: [Zhou, Xiang-Feng, Oganov, Artem R., Dong, Xiao, Zhang, Lixin, Tian, Yongjun, Wang, Hui-Tian]
通讯作者: Wang, Hui-Tian
8
    金属、氧化物复合催化材料中的表面科学问题
    • 批准号:
      11574157
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      62.0万元
    • 批准年份:
      2015
    • 负责人:
      张立新
    • 依托单位:
    磁有序自组装结构构筑:弱键及磁耦合强度调控(领域四)
    • 批准号:
      91227101
    • 项目类别:
      重大研究计划
    • 资助金额:
      75.0万元
    • 批准年份:
      2012
    • 负责人:
      张立新
    • 依托单位:
    半导体多晶薄膜中缺陷的形成与控制动力学
    • 批准号:
      11274179
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      75.0万元
    • 批准年份:
      2012
    • 负责人:
      张立新
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金