氮及金属原子共掺杂石墨烯电催化还原二氧化碳反应的第一性原理研究开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

随着全球工业化的快速发展，人类活动排放的二氧化碳等温室气体不断增加，导致了日益严重的能源危机和环境问题。

为了应对这些挑战，开发清洁、高效的能源转换技术迫在眉睫。

其中，电催化还原二氧化碳技术作为一种极具潜力的方法，能够将二氧化碳转化为高附加值的燃料和化学品，例如甲烷、甲醇、乙烯等，从而实现碳资源的循环利用，缓解能源危机，并减少温室气体排放。

2. 本选题国内外研究状况综述

近年来，国内外学者在石墨烯基材料电催化还原二氧化碳领域开展了大量的研究工作，并取得了一系列重要进展。

1. 国内研究现状

国内学者在石墨烯基材料电催化还原二氧化碳领域的研究起步较晚，但近年来发展迅速，在催化剂的设计合成、性能调控以及机理研究等方面取得了一系列重要成果。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

1. 主要内容

本研究将采用第一性原理计算方法，以氮、金属原子共掺杂石墨烯作为研究对象，系统研究其电子结构、吸附性能和催化性能。

主要内容包括：
1.构建氮、金属原子共掺杂石墨烯的结构模型，并对其进行几何优化和电子结构计算，分析掺杂对石墨烯电子结构和表面性质的影响。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，借助materialsstudio、vasp等计算软件，对氮、金属原子共掺杂石墨烯的电催化还原二氧化碳性能进行模拟和分析。

1.模型构建：首先，构建完美的石墨烯单层模型，并进行结构优化。

然后，通过替换石墨烯模型中的碳原子，构建不同掺杂类型、掺杂浓度和掺杂位点的氮、金属原子共掺杂石墨烯模型。

5. 研究的创新点

本研究的创新点在于：
1.系统研究氮、金属原子共掺杂对石墨烯电催化还原二氧化碳性能的影响，揭示掺杂类型、掺杂浓度和掺杂位点与催化活性、产物选择性之间的关系。

2.结合理论计算和实验结果，深入分析氮、金属原子共掺杂石墨烯的电子结构和表面性质，阐明其催化作用机制。

3.为设计高效、稳定、低成本的二氧化碳还原电催化剂提供理论指导和预测，推动电催化还原二氧化碳技术的实际应用。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1] 孙世雄, 刘忠文, 谢颖. 石墨烯基材料应用于电催化还原co2的研究进展[j]. 化学通报, 2018, 81(11): 991-1002.

[2] 王秀丽, 王双, 张香文, 等. 石墨烯基纳米材料在电催化co2还原中的应用[j]. 化学进展, 2019, 31(1): 92-102.

[3] 张玲, 刘畅, 郭向云, 等. 氮掺杂石墨烯的制备及其电催化还原co2性能[j]. 无机材料学报, 2017, 32(1): 1-10.