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MgN_(4)掺杂石墨烯CO氧化催化活性的密度泛函研究
1
作者 袁利 郑灵丹 +1 位作者 周慧颖 徐先燕 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第2期57-62,共6页
鉴于镁卟啉所呈现的催化活性,采用密度泛函理论考察了MgN_(4)结构掺杂石墨烯的CO氧化催化活性.研究发现MgN_(4)掺杂石墨烯具有良好的结构稳定性,O_(2)优先吸附在金属活性位点且不易解离.其CO氧化以Eley-Rideal(ER)机理实现,决速步能垒仅... 鉴于镁卟啉所呈现的催化活性,采用密度泛函理论考察了MgN_(4)结构掺杂石墨烯的CO氧化催化活性.研究发现MgN_(4)掺杂石墨烯具有良好的结构稳定性,O_(2)优先吸附在金属活性位点且不易解离.其CO氧化以Eley-Rideal(ER)机理实现,决速步能垒仅为0.67 eV,与FeC_(3)、AlN_(4)掺杂石墨烯具有相当的催化活性.MgN_(4)掺杂石墨烯有望是一种具有潜在CO氧化催化活性的催化剂. 展开更多
关键词 MgN_(4)掺杂石墨烯 CO氧化 密度泛函理论
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杂原子掺杂石墨烯的制备及应用研究进展 被引量：1
2
作者 孙柏青 刘煊赫 +6 位作者 张改梅 王东栋 石佳子 刘辉 祝培源 鲁建东 宋晓利 《包装工程》 CAS 北大核心 2024年第15期1-13,共13页
目的综述杂原子掺杂石墨烯的研究进展,对杂原子掺杂石墨烯的未来研究方向进行展望,旨在为杂原子掺杂石墨烯的制备及应用提供参考。方法总结和分析了杂原子掺杂石墨烯的制备方法和潜在应用领域,对比了各种杂原子掺杂对石墨烯电子性质的影... 目的综述杂原子掺杂石墨烯的研究进展,对杂原子掺杂石墨烯的未来研究方向进行展望,旨在为杂原子掺杂石墨烯的制备及应用提供参考。方法总结和分析了杂原子掺杂石墨烯的制备方法和潜在应用领域,对比了各种杂原子掺杂对石墨烯电子性质的影响,突出不同元素掺杂的独特性和效果。结果杂原子掺杂不仅提高了石墨烯的电导率和力学强度,还增加了它在特定应用中的稳定性和效率。结论杂原子掺杂石墨烯的发展前景广阔,有望在能源存储、生物医药、环境保护、传感器及印刷包装等领域实现重要突破。 展开更多
关键词 杂原子掺杂石墨烯 能源存储 力学强度 电导率
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氮掺杂空心碳纳米球嵌入氮掺杂石墨烯负载钯纳米粒子作为甲酸氧化的高效电催化剂
3
作者 房越 杨富开 +2 位作者 曲微丽 邓超 王振波 《新型炭材料（中英文）》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期321-333,共13页
低成本、高活性、耐久性好的高效电催化剂对直接甲酸燃料电池的应用起着至关重要的作用。本文采用简单经济的方法,研究了以三维层状多孔结构嵌入氮掺杂石墨烯(NG)的氮掺杂空心碳纳米球(NHCN)负载Pd纳米粒子作为直接甲酸燃料电池催化剂... 低成本、高活性、耐久性好的高效电催化剂对直接甲酸燃料电池的应用起着至关重要的作用。本文采用简单经济的方法,研究了以三维层状多孔结构嵌入氮掺杂石墨烯(NG)的氮掺杂空心碳纳米球(NHCN)负载Pd纳米粒子作为直接甲酸燃料电池催化剂。由于具有独特的氮原子掺杂三维互联层状多孔结构,Pd纳米颗粒尺寸较小的Pd/NHCN@NG催化剂具有较大的催化活性表面积、优越的电催化活性、较高的稳态电流密度和较强的抗CO中毒能力,明显超过传统的Pd/C、Pd/NG和Pd/NHCN催化剂对甲酸电氧化的催化性能。通过优化HCN/GO比,当HCN/GO质量比为1∶1时,Pd/NHCN@NG催化剂对甲酸的催化氧化性能最佳,其活性是Pd/C的4.21倍。本工作开发了一种优越的碳基电催化剂载体材料,为燃料电池的发展带来了广阔的应用前景。 展开更多
关键词 甲酸电氧化 氮掺杂中空碳纳米球 氮掺杂石墨烯 载体材料 三维互连层状多孔结构
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三维氮磷共掺杂石墨烯的制备及电催化氧还原性能研究
4
作者 靳伟诺 秦勇 刘扬 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期118-123,128,共7页
氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属-空气电池的阴极反应,其缓慢的动力学是目前掣肘燃料电池和金属空气电池发展的主要因素。为了使反应顺利进行,常常需要使用金属(包括贵金属和过渡金属)基催化剂,但这些催化剂存在价格高、稳定性差等缺... 氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属-空气电池的阴极反应,其缓慢的动力学是目前掣肘燃料电池和金属空气电池发展的主要因素。为了使反应顺利进行,常常需要使用金属(包括贵金属和过渡金属)基催化剂,但这些催化剂存在价格高、稳定性差等缺陷。非金属原子掺杂的碳基催化剂近年来被认为是一种具有前景的ORR电催化剂。在此,使用单一前驱体磷酸三聚氰胺和氧化石墨烯经水热然后退火制备了三维氮磷共掺杂石墨烯材料(3DNPG)。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对3DNPG的结构与组成进行了表征。结果表明:3DNPG具有独特的三维网状结构、较大的比表面积(514.38m 2/g),特别是还具有非常高的N(15.53%)和P(6.61%)掺杂量。用作碱性溶液里ORR的催化剂时,其起始电位为0.994V,半波电位为0.817V,极限电流为5.34mA/cm^(2),在48h后电流密度保持率仍维持在99%,因此是一种兼具优异活性和循环稳定性的ORR催化剂,在燃料电池、金属-空气电池等领域具有非常重要的应用价值。 展开更多
关键词 三维石墨烯 氮磷共掺杂石墨烯 氧还原反应 电催化剂
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气体吸附对V掺杂石墨烯电子结构与光学性质的影响
5
作者 王梦娟 顾芳 +3 位作者 李大林 刘清惓 侯智 张加宏 《原子与分子物理学报》 北大核心 2024年第5期118-124,共7页
基于密度泛函理论 (DFT )的广义梯度近似 (GGA ),采用第一性原理方法研究了气体分子吸附对V掺杂石墨烯的吸附能、电子结构与光学性质的影响.能带结构计算表明:吸附NO_(2) 分子的V掺杂石墨烯的带隙显著增加,从0 eV变为0.368 eV,由金属性... 基于密度泛函理论 (DFT )的广义梯度近似 (GGA ),采用第一性原理方法研究了气体分子吸附对V掺杂石墨烯的吸附能、电子结构与光学性质的影响.能带结构计算表明:吸附NO_(2) 分子的V掺杂石墨烯的带隙显著增加,从0 eV变为0.368 eV,由金属性转变为半导体特性,而吸附CO与NH_(3) 分子的V掺杂石墨烯的带隙则变化很小.三种吸附构型 (NO_(2) , CO, NH_(3) )的吸附能分别为-8.499 eV、-2.05 eV和-2.01 eV,说明V掺杂石墨烯对NO_(2) 气体分子吸附最强.进而计算了本征、V掺杂石墨烯及其吸附NO_(2) 分子的光学性质,结果表明:随着V掺杂与吸附NO_(2) 气体,石墨烯介电吸收峰值有所增大,介电峰位向低能量区域移动;本征石墨烯仅吸收紫外光,V掺杂石墨烯吸附NO_(2) 分子可以明显拓宽光吸收的光谱范围;掺杂与吸附使得石墨烯光电导率显著增强,能在红外与可见光区产生光电流.上述结果表明V掺杂石墨烯吸附NO_(2) 后材料电子结构和光学性质明显变化,能够作为光学气敏传感材料检测NO_(2) 气体. 展开更多
关键词 V掺杂石墨烯 第一性原理 气体吸附 电子结构 光学性质
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析氢反应Co,N掺杂石墨烯电催化剂的理论计算研究
6
作者 廖美景 赵兵 +1 位作者 刘斌 张跃兴 《湖北民族大学学报（自然科学版）》 CAS 2024年第1期33-38,50,共7页
为解决析氢反应(hydrogen evolution reaction,HER)动力学缓慢问题,寻找高效电催化剂,设计了8种不同数量Co原子嵌入N掺杂石墨烯(Coxy-embedded nitrogen-doped graphene,Coxy-NG)电催化剂,并采用密度泛函理论(density functional theory... 为解决析氢反应(hydrogen evolution reaction,HER)动力学缓慢问题,寻找高效电催化剂,设计了8种不同数量Co原子嵌入N掺杂石墨烯(Coxy-embedded nitrogen-doped graphene,Coxy-NG)电催化剂,并采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)进一步研究了Coxy-NG在酸性和碱性条件下对HER的催化性能。结果表明,Co21-NG在8种电催化剂里具有最优的HER催化性能;在酸性条件下,Co21-NG表现出最合适的H吸附吉布斯自由能变化量(change of hydrogen adsorption Gibbs free energy,ΔG_(H^(*))),为0.23 eV;在碱性条件下,Co21-NG的ΔG_(H^(*))只有0.51 eV。该研究可以帮助了解Coxy-NG催化HER过程,并为设计出性能优异的Coxy-NG电催化剂提供指导。 展开更多
关键词 N掺杂石墨烯 钴催化 密度泛函理论 析氢反应机理 催化方式 酸性催化析氢途径 碱性催化析氢途径
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氮掺杂石墨烯负载尖晶石钴铁氧化物氧还原催化剂的制备及性能研究
7
作者 张廷尉 李铁纯 +1 位作者 刁全平 罗维巍 《鞍山师范学院学报》 2024年第6期37-42,共6页
以聚苯并咪唑(PBI)为氮源和碳源,通过高温热解合成具有高含氮量的氮掺杂石墨烯,随后经水热反应制备氮掺杂石墨烯负载尖晶石CoFe_(2)O_(4)-NG#400催化剂.电化学测试表明,CoFe_(2)O_(4)-NG#400的起始电位为0.123 V、半波电位为-0.044 V,... 以聚苯并咪唑(PBI)为氮源和碳源,通过高温热解合成具有高含氮量的氮掺杂石墨烯,随后经水热反应制备氮掺杂石墨烯负载尖晶石CoFe_(2)O_(4)-NG#400催化剂.电化学测试表明,CoFe_(2)O_(4)-NG#400的起始电位为0.123 V、半波电位为-0.044 V,催化活性接近商用20%Pt/C催化剂.同时,CoFe_(2)O_(4)-NG#400的耐久性优于商用20%Pt/C催化剂.实验结果表明,CoFe_(2)O_(4)-NG#400具有良好的催化氧还原性能,可以作为一种非贵金属氧还原催化剂应用在燃料电池领域. 展开更多
关键词 氮掺杂石墨烯 尖晶石 钴铁氧化物 氧还原催化剂
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ScN_(x)C_(4-x)掺杂石墨烯酸性及碱性析氢反应活性研究
8
作者 徐先燕 祝雁 +2 位作者 饶怡琳 叶佳红 杨琦 《广东化工》 CAS 2024年第22期8-11,共4页
高效析氢反应电催化剂的开发对氢能源的推广应用、缓解能源危机和环境问题具有重要意义。本文通过理论计算探究了ScN_(x)C_(4-x)掺杂石墨烯体系的酸性和碱性HER活性。研究发现ScN_(3)C_(1)、ScN_(4)因ΔGH*较接近于0,有望成为具有较高... 高效析氢反应电催化剂的开发对氢能源的推广应用、缓解能源危机和环境问题具有重要意义。本文通过理论计算探究了ScN_(x)C_(4-x)掺杂石墨烯体系的酸性和碱性HER活性。研究发现ScN_(3)C_(1)、ScN_(4)因ΔGH*较接近于0,有望成为具有较高的酸性HER活性的电催化剂。水解离反应自由能ΔGdiss为正的ScN_(1)C_(3)、ScN_(2)C_(2-b)、ScN_(2)C_(2-c)、ScN_(4)受阻于室温下水不能自发分解,不具备碱性析氢活性。ScC_(4)、ScN_(2)C_(2-a)因强的氢吸附而碱性析氢受阻,但ScN_(3)C_(1)因对氢和羟基的恰当吸附及较低的水解离动力学能垒,有一种优异的碱性析氢电催化剂。 展开更多
关键词 析氢反应 电催化剂 ScN_(x)C_(4-x)掺杂石墨烯 密度泛函理论
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基于硼掺杂石墨烯气凝胶阴极光子增强热电子发射特性研究
9
作者 罗晟昊 沈晓明 《材料科学》 2024年第3期358-367,共10页
光子增强热电子发射(PETE)转换器是将光伏发电和热离子发电结合到一个单一的物理过程的能量转换器。本文采用了一锅水热还原工艺以及冷冻干燥工艺,分别以氧化石墨烯(GO)和硼酸作为碳(C)源和硼(B)源制备了硼掺杂石墨烯气凝胶(BGA),用自... 光子增强热电子发射(PETE)转换器是将光伏发电和热离子发电结合到一个单一的物理过程的能量转换器。本文采用了一锅水热还原工艺以及冷冻干燥工艺,分别以氧化石墨烯(GO)和硼酸作为碳(C)源和硼(B)源制备了硼掺杂石墨烯气凝胶(BGA),用自制装置测试了样品的PETE性能。硼原子掺杂可以调控石墨烯气凝胶的带隙,并且可以使石墨烯气凝胶呈现P型半导体特性,与未掺杂石墨烯气凝胶(GA)相比,BGA具有更好的PETE效应,其PETE电流(3.85 μA)约为GA (0.45 μA)的8.5倍。 展开更多
关键词 光子增强热电子发射 硼掺杂石墨烯气凝胶 三维网状结构
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硫掺杂石墨烯作为MFC阴极性能和生物毒性检测
10
作者 蓝瑞嵩 刘丽华 +2 位作者 张倩 陈博彦 洪俊明 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期3430-3439,共10页
采用水热法制备了硫掺杂还原氧化石墨烯(S-rGO),表征发现S原子的掺杂会导致结构缺陷的形成,这些结构缺陷会增加活性位点。通过电化学测试,S-rGO的氧还原反应(ORR)性能优于rGO,其极限电流密度为4.08mA/cm^(2),高出rGO(3.48mA/cm^(2))17.... 采用水热法制备了硫掺杂还原氧化石墨烯(S-rGO),表征发现S原子的掺杂会导致结构缺陷的形成,这些结构缺陷会增加活性位点。通过电化学测试,S-rGO的氧还原反应(ORR)性能优于rGO,其极限电流密度为4.08mA/cm^(2),高出rGO(3.48mA/cm^(2))17.3%,这表明S原子的掺杂能够有效提高rGO的ORR活性。将S-rGO与活性炭(AC)、炭黑(CB)以0.1∶0.25∶1的质量比混合作为微生物燃料电池阴极催化剂。结果表明,S-rGO催化的微生物燃料电池反应器每个周期可持续27h,输出电压为0.33V,而rGO催化的反应器每个周期可持续24h,输出电压为0.30V;CB催化的反应器每个周期可持续23h,输出电压为0.26V。以苯扎氯铵(BAC)为生物毒性物质,探讨了S-rGO修饰的微生物燃料电池作为毒性传感器的相关性能,根据电压与BAC浓度的线性拟合结果,发现S-rGO具有更高的毒性检测灵敏度和稳定性(相关系数为0.996),而传统的Pt/C阴极催化剂的相关系数为0.932,表明S-rGO在毒性检测领域具有巨大的应用潜力。 展开更多
关键词 微生物燃料电池 阴极催化剂 硫掺杂还原氧化石墨烯 毒性检测 苯扎氯铵
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氮掺杂石墨烯的制备及氧还原电催化性能 被引量：17
11
作者 李静 王贤保 +2 位作者 杨佳 杨旭宇 万丽 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期800-805,共6页
采用两步热解法,用尿素掺杂氧化石墨烯(GO)得到N掺杂的还原氧化石墨烯(N-RGO),通过控制反应温度,制备了具有不同电催化活性的N掺杂的还原氧化石墨烯.透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)结果显示,制得的氮掺杂石墨烯(nG)表面褶皱... 采用两步热解法,用尿素掺杂氧化石墨烯(GO)得到N掺杂的还原氧化石墨烯(N-RGO),通过控制反应温度,制备了具有不同电催化活性的N掺杂的还原氧化石墨烯.透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)结果显示,制得的氮掺杂石墨烯(nG)表面褶皱和重叠增加.X射线光电子能谱(XPS)证明,氮元素以吡啶N、吡咯N和石墨化的N 3种形式掺杂在石墨烯中,最高摩尔分数为6.6%.通过循环伏安(CV)和旋转圆盘电极(RDE)测试了nG的电化学性能,结果表明,在酸性电解质中对氧还原(ORR)有较高的催化活性,起始电位在0.1 V左右,电催化还原氧气时主要为四电子反应,且相对商用的Pt/C催化剂有更好的电化学稳定性,其中第一步热解温度为200℃制得的nG催化性能最好. 展开更多
关键词 N掺杂石墨烯 尿素 热解 氧还原反应 电催化剂
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氮掺杂石墨烯的制备及其电催化氧气还原性能 被引量：18
12
作者 马贵香 赵江红 +1 位作者 郑剑锋 朱珍平 《新型炭材料》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期258-265,共8页
通过改良Hummers法制备氧化石墨(Graphite oxide,GO),采用爆炸辅助还原法将GO还原剥离并原位掺杂得到氮掺杂石墨烯(Nitrogen-doped graphene,N-RGO)。采用TEM、SEM、FI-IR、XPS、XRD及Raman等分析手段对N-RGO的形貌、组成以及结构进行... 通过改良Hummers法制备氧化石墨(Graphite oxide,GO),采用爆炸辅助还原法将GO还原剥离并原位掺杂得到氮掺杂石墨烯(Nitrogen-doped graphene,N-RGO)。采用TEM、SEM、FI-IR、XPS、XRD及Raman等分析手段对N-RGO的形貌、组成以及结构进行了表征,利用旋转环盘电极技术测试了其电催化氧气还原活性。TEM和SEM结果表明,爆炸条件下GO被很好地剥离开来,得到只有几层厚度的石墨烯;FI-IR及XPS结果表明,GO中大部分含氧官能团被脱除,C/O原子比达到26.2,是目前所得GO还原程度非常高的方法之一,且氮元素成功掺杂进石墨烯晶格中,掺杂氮的原子质量分数约为2.11%;电化学测试结果显示,氧气还原的极限扩散电流由非氮掺杂石墨烯(Reduced graphene oxide,RGO)的0.24mA提高到N-RGO的0.49 mA,尽管爆炸辅助还原得到的RGO对氧气还原也显示出较好的催化活性,但掺杂之后的N-RGO具有更高的催化活性。 展开更多
关键词 爆炸 氧化石墨 氮掺杂石墨烯 氧气还原
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WO_3/氮掺杂石墨烯复合材料的制备及室温气敏研究 被引量：4
13
作者 揭小琴 曾大文 张剑 《化学与生物工程》 CAS 2015年第8期19-22,共4页
以氨水为氮源,采用简便的超声法将氮元素掺杂进石墨烯,通过溶胶-凝胶法制备WO3/氮掺杂石墨烯复合材料,经Raman、XPS、TEM等表征对其进行结构和形貌分析,并在光电流平台上测试其对NO2气体的室温气敏性能。结果表明,对石墨烯进行氮掺杂后... 以氨水为氮源,采用简便的超声法将氮元素掺杂进石墨烯,通过溶胶-凝胶法制备WO3/氮掺杂石墨烯复合材料,经Raman、XPS、TEM等表征对其进行结构和形貌分析,并在光电流平台上测试其对NO2气体的室温气敏性能。结果表明,对石墨烯进行氮掺杂后形成新的C-N键,石墨烯表面缺陷增加,导电性能提升,WO3/氮掺杂石墨烯复合材料表现出优异的室温气敏特性。 展开更多
关键词 氮掺杂石墨烯 NO2气体 WO3/氮掺杂石墨烯复合材料 气体传感器
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氮掺杂石墨烯作为锂离子电池负极材料的电化学性能 被引量：13
14
作者 高云雷 赵东林 +2 位作者 白利忠 张霁明 孔莹 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2012年第6期413-417,441,共6页
以天然石墨为原料,通过氧化、快速热膨胀和超声分散制备石墨烯。将氧化石墨与三聚氰胺在氮气下950℃反应合成氮掺杂石墨烯。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)以及红外光谱(FTIR)、X射线能谱(XPS)等测试方... 以天然石墨为原料,通过氧化、快速热膨胀和超声分散制备石墨烯。将氧化石墨与三聚氰胺在氮气下950℃反应合成氮掺杂石墨烯。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)以及红外光谱(FTIR)、X射线能谱(XPS)等测试方法对氮掺杂石墨烯的形貌、结构进行分析。结果表明,该方法合成了薄层状氮掺杂石墨烯。采用恒流充放电和循环伏安法等手段测试氮掺杂石墨烯、石墨烯和天然石墨作为锂离子电池负极材料的电化学性能,比较研究了三者用作锂离子电池负极材料的电化学性能,结果表明氮掺杂石墨烯负极材料具有优异的电化学能和独特的储锂机制。 展开更多
关键词 氮掺杂石墨烯 石墨烯 锂离子电池 负极材料 电化学性能
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基于第一性原理的金掺杂石墨烯对SF_6分解组分的气敏分析 被引量：12
15
作者 张晓星 黄蓉 +2 位作者 喻蕾 董星辰 桂银刚 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第6期1828-1834,共7页
六氟化硫(SF_6)分解组分检测是诊断气体绝缘设备早期潜伏性绝缘故障的最佳方式之一,通过发现早期潜伏性故障可以有效避免突发性事故的发生。功能化石墨烯作为气敏材料在传感器方面展现了良好的应用前景。因此,该文基于第一性原理计算分... 六氟化硫(SF_6)分解组分检测是诊断气体绝缘设备早期潜伏性绝缘故障的最佳方式之一,通过发现早期潜伏性故障可以有效避免突发性事故的发生。功能化石墨烯作为气敏材料在传感器方面展现了良好的应用前景。因此,该文基于第一性原理计算分析了功能化石墨烯基材料即Au原子掺杂石墨烯对SF_6分解组分SO_2F_2、SOF_2、SO_2和H2S的气敏响应特性。理论计算了分解组分的分子吸附能,净电荷转移量,电子态密度,Mulliken电荷布居数,自旋磁矩,最高已占轨道,最低未占轨道等一系列表征气敏响应特性参量。结果表明:SO_2F_2、SOF_2和H2S三种特征气体在Au掺杂石墨烯(金掺杂石墨烯)表面的吸附为较强烈的化学吸附效应,作用强度SO_2F_2>H2S>SOF_2,而SO_2在Au掺杂石墨烯表面的吸附作用介于物理吸附效应与化学吸附的临界状态。金掺杂石墨烯对SO_2F_2表现出良好的选择性和较高的灵敏性。仿真所得Au掺杂石墨烯对SF_6分解组分气敏响应特性结果,对实验探究用于SF_6绝缘设备的Au掺杂石墨烯气敏传感器具有重要指导作用。 展开更多
关键词 第一性原理 六氟化硫分解组分 Au掺杂石墨烯 气敏传感器
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磷掺杂石墨烯的结构、光谱及电学性质 被引量：19
16
作者 陈自然 徐友辉 何展荣 《四川大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期587-590,共4页
较高P-掺杂的大表面积的磷掺杂石墨烯(P-TRG)具有比传统的Pd-C催化剂有着更高的氧还原反应(ORR)电催化性能.采用密度泛函DFT/B3LYP方法,在6-31+G(d)基组下,研究了P-TRG分子的结构、红外光谱、电子吸收光谱及各种电离能、电子亲和势和电... 较高P-掺杂的大表面积的磷掺杂石墨烯(P-TRG)具有比传统的Pd-C催化剂有着更高的氧还原反应(ORR)电催化性能.采用密度泛函DFT/B3LYP方法,在6-31+G(d)基组下,研究了P-TRG分子的结构、红外光谱、电子吸收光谱及各种电离能、电子亲和势和电荷传输重组能.结果表明,P-TRG分子为非平面结构,其S0→S1的跃迁峰位于1163nm处;555nm处的最强吸收峰源于HOMO-10→LUMO、HOMO-6→LUMO+1、HOMO-5→LUMO+1的混合电子跃迁.P-TRG有较大的电离能(7.08eV)和电子亲和势(4.14eV),且空穴重组能(λhole:0.06eV)大于电子重组能(λelectron:0.04eV),有利于接受电子. 展开更多
关键词 磷掺杂石墨烯 密度泛函理论 光谱 电学性质
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不同氮掺杂石墨烯氧还原反应活性的密度泛函理论研究 被引量：15
17
作者 王俊 李莉 魏子栋 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2016年第1期321-328,共8页
N掺杂石墨烯作为一种具有较高活性和稳定性的氧还原反应(ORR)催化剂,受到人们的广泛关注。然而不同的N掺杂类型对氧还原活性的影响一直存在争议。本文通过密度泛函理论分别对石墨型和吡啶型两种N掺杂石墨烯的ORR活性进行比较研究。能带... N掺杂石墨烯作为一种具有较高活性和稳定性的氧还原反应(ORR)催化剂,受到人们的广泛关注。然而不同的N掺杂类型对氧还原活性的影响一直存在争议。本文通过密度泛函理论分别对石墨型和吡啶型两种N掺杂石墨烯的ORR活性进行比较研究。能带结构分析表明,石墨氮掺杂石墨烯(GNG)的导电性随掺N量的增加而降低;吡啶氮掺杂石墨烯(PNG)的导电性则随掺N量的增加先提高后降低。当N掺杂浓度达到4.2%(原子分数)时,PNG具有最优导电性。且当N掺杂浓度大于1.4%时,PNG的导电率总是高于GNG。氧还原自由能阶梯曲线发现O_2的质子化是整个氧还原过程的潜在控制步骤。在同等氮掺杂浓度下,O_2的质子化自由能能变在GNG上低于在PNG上,意味着若在同等电子传输能力的情况下,GNG具有比PNG更优异的催化活性。进一步分析发现:当N掺杂浓度在低于2.8%时,GNG和PNG导电性差异小,其催化ORR活性由O_2质子化反应难易程度决定,GNG的催化活性优于PNG;当N掺杂浓度高于2.8%时,氮掺杂石墨烯的电子传输性能(导电性)成为决定催化剂ORR活性的主要因素,因此PNG表现出较GNG更高的活性。 展开更多
关键词 氧还原反应 氮掺杂石墨烯 吡啶氮 石墨氮 密度泛函理论
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氮掺杂石墨烯的生长机理及其在乙苯选择性氧化中的应用(英文) 被引量：8
18
作者 唐沛 高勇军 +3 位作者 杨敬贺 李文静 赵华博 马丁 《催化学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期922-928,共7页
以热解氧化石墨烯材料为碳基底,分别使用有机氮源和无机氮源对其进行氮掺杂处理, 制备了一系列氮掺杂石墨烯材料.采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱等表征方法考察了氮掺杂石墨烯的生长机理. 结果表明, ... 以热解氧化石墨烯材料为碳基底,分别使用有机氮源和无机氮源对其进行氮掺杂处理, 制备了一系列氮掺杂石墨烯材料.采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱等表征方法考察了氮掺杂石墨烯的生长机理. 结果表明, 随着制备过程中退火温度的改变, 氮掺杂石墨烯中不同氮物种的含量有显著差别.这种差异是由不同氮物种化学环境的差异所导致的.所制备的含氮石墨烯材料对乙苯选择性氧化制苯乙酮反应均表现出优良的催化活性.其中,石墨氮的含量对于提高苯乙酮收率起到至关重要的作用.此外,通过氧化剂控制活化的方法可以消除过多的结构缺陷和过量氮掺杂对催化反应的不利影响, 有效提升氮掺杂石墨烯的催化活性. 展开更多
关键词 氮掺杂石墨烯 杂原子 生长机理 乙苯氧化反应
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氮掺杂石墨烯的一步法低温合成及用作微生物燃料电池阴极催化剂的产电特性 被引量：9
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作者 付融冰 杨兰琴 +1 位作者 冯雷雨 郭伟 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期825-830,共6页
利用爆炸法低温合成了氮掺杂石墨烯(NG),并通过高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、Raman光谱仪以及X射线衍射仪对其进行了表征.电化学性能检测结果表明,所合成的NG在中性磷酸盐电解液中具有优异的氧还原催化活性,完全能够与贵... 利用爆炸法低温合成了氮掺杂石墨烯(NG),并通过高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、Raman光谱仪以及X射线衍射仪对其进行了表征.电化学性能检测结果表明,所合成的NG在中性磷酸盐电解液中具有优异的氧还原催化活性,完全能够与贵重金属铂催化剂(Pt/C)相媲美,氧还原催化稳定性甚至优于Pt/C.当NG用作微生物燃料电池(MFCs)的阴极氧还原催化剂时,在外阻为1000Ω情况下,MFCs的最大功率密度为1345 mW/m2,产电稳定性优于以Pt/C为阴极催化剂的MFCs,可以成为Pt催化剂的理想替代品. 展开更多
关键词 微生物燃料电池 氧还原反应 氮掺杂石墨烯 阴极催化剂
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氧氮共掺杂石墨烯光催化降解高浓度亚甲基蓝性能研究 被引量：4
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作者 张钦民 王月 +3 位作者 石永林 冯丽君 和浩源 马晓艳 《化学研究与应用》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期869-874,共6页
本文采用原位合成法及混酸氧化法制备氧氮共掺杂石墨烯(ONG)。通过透射电子显微镜分析(TEM)、X射线能谱分析(XPS)、紫外可见光漫反射(UV-vis DRS)、光致发光光谱(PL)等测试方法对所制得催化剂进行了表征,并以亚甲基蓝为目标降解物探究... 本文采用原位合成法及混酸氧化法制备氧氮共掺杂石墨烯(ONG)。通过透射电子显微镜分析(TEM)、X射线能谱分析(XPS)、紫外可见光漫反射(UV-vis DRS)、光致发光光谱(PL)等测试方法对所制得催化剂进行了表征,并以亚甲基蓝为目标降解物探究了材料的光催化活性及降解机理。结果表明:混酸氧化法制备的氧氮共掺杂石墨烯,在350-800 nm可见光区域中有强吸收峰,光学带隙为2.5 eV,室温条件下5 mg ONG对100 mg·L^(-1)高浓度亚甲基蓝溶液光催化降解率达88%。光催化过程中产生的e-是降解亚甲基蓝最主要的活性物种。 展开更多
关键词 氧氮共掺杂石墨烯 光催化 氮掺杂石墨烯 无金属催化剂
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