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载体氮改性对乙炔氢氯化影响的机理研究

载体氮改性对乙炔氢氯化影响的机理研究. 杜倩 2012-7-20. 目录. 研究背景 实验结果与讨论 下一步工作计划. 研究背景. 石墨烯的化学掺杂可以引入杂原子，例如氮和硼，从而改变石墨烯的电子特性。掺杂后的石墨烯被应用于燃料电池的电化学催化，气体储存，场效晶体管，锂离子电池等方面。 根据课题组相关实验的结果，考虑到模拟计算的可行性，本工作利用单层石墨烯为模型，考察不同位点掺氮后载体性质的变化，对 AuCl 3 催化剂电子特性的影响以及对反应物的吸附情况。. 研究背景. 锯齿形边缘（ zigzag ）. 扶手椅型边缘（ armchair ）.

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载体氮改性对乙炔氢氯化影响的机理研究

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  1. 载体氮改性对乙炔氢氯化影响的机理研究 杜倩 2012-7-20

  2. 目录 • 研究背景 • 实验结果与讨论 • 下一步工作计划

  3. 研究背景 石墨烯的化学掺杂可以引入杂原子，例如氮和硼，从而改变石墨烯的电子特性。掺杂后的石墨烯被应用于燃料电池的电化学催化，气体储存，场效晶体管，锂离子电池等方面。 根据课题组相关实验的结果，考虑到模拟计算的可行性，本工作利用单层石墨烯为模型，考察不同位点掺氮后载体性质的变化，对AuCl3催化剂电子特性的影响以及对反应物的吸附情况。

  4. 研究背景 锯齿形边缘（zigzag） 扶手椅型边缘（armchair） 根据Kyle [1]等人的研究，锯齿型边缘（zigzag edge）表现出了强边缘态，而椅型边缘（armchair edge）却没有出现类似情况,尺寸小于10 nm、边缘主要是锯齿型的石墨烯片表现出了金属性。 依据Haibo Wang [2]等人提出的观点，石墨烯氮掺杂主要有三种方式 [1]Kyle A. Ritter，Joseph W. Lyding , Nature Materials. doi:10.1038/nmat2378 [2] Haibo Wang, Thandavarayan Maiyalagan et al, ACS Catal. 2012, 2, 781−794

  5. N掺杂石墨烯的性质 未掺氮石墨烯 扶手椅边缘 N-doped 锯齿边缘5元环掺氮 锯齿边缘6元环掺氮 Bond length

  6. 自旋电荷密度 E ad=-83.32 kcal/mol 吸附AuCl3后 未掺氮石墨烯 E ad=-96.40kcal/mol 吸附AuCl3后 锯齿边缘6元环掺氮

  7. 自旋电荷密度 E ad=-88.96 kcal/mol 锯齿边缘5元环掺氮 吸附AuCl3后 E ad=-85.27 kcal/mol 扶手椅边缘掺氮 吸附AuCl3后

  8. 表1：Mulliken电荷密度

  9. 表2：Mulliken键级变化 掺杂氮原子后，由于未成对电子的存在，载体上的自旋电荷密度增加。吸附AuCl3后，部分负电荷向AuCl3转移，并且主要分布在Cl原子上。Au—Cl键级降低，键长增加， Au—Cl之间的成键由共价型向离子型转变。

  10. HCl的吸附 顶位吸附 E ad= -15.72 kcal/mol E ad= -14.63kcal/mol E ad= -14.93kcal/mol 空穴吸附 E ad= -15.52 kcal/mol E ad= -14.37 kcal/mol 桥式吸附 E ad= -15.94kcal/mol E ad= -14.09kcal/mol

  11. C2H2的吸附 桥式吸附 E ad= -0.88 kcal/mol E ad= -0.63 kcal/mol 顶位吸附 E ad= -1.16 kcal/mol E ad= -0.36 kcal/mol 空穴吸附 E ad= -0.42 kcal/mol E ad= -0.28 kcal/mol

  12. 结论 石墨烯载体上掺杂N原子后，石墨烯载体的自旋电荷密度增加，在吸附AuCl3后，部分负电荷转移到催化剂上Cl原子上，有利于增强 HCl的优先吸附。 掺氮石墨烯的性质与其掺氮位点有密切关系，根据以上计算结果，锯齿状边缘六元环掺氮后与AuCl3作用最强。 载体掺氮前后，反应物 HCl 和 C2H2 在载体上的吸附能变化不明显。

  13. 下一步工作计划 • 考察在掺氮载体上，反应物 HCl 和 C2H2 在AuCl3上的吸附。 • 　 反应物 HCl 和 C2H2 在其他掺氮位点上的吸附 • 　查阅文献，总结不同石墨烯边缘的电子特性以及其对掺氮性质的影响。

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