二维材料的表面调控及其吸附与催化特性研究

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1、学校代号10532学号S141100932分类号密级硕士学位论文二维材料的表面调控及其吸附与催化特性研究学位申请人姓名刘冬冬培养单位化学化工学院导师姓名及职称王双印教授学科专业物理化学研究方向二维材料的表面调控论文提交日期2018年5月学校代号：10532学号：S141100932密级：湖南大学硕士学位论文二维材料的表面调控及其吸附与催化特性研究学位申请人姓名：刘冬冬导师姓名及职称：王双印教授培养单位：化学化工学院专业名称：物理化学论文提交日期：2018年05月论文答辩日期：2018年05月答辩委员会主席：胡家文教授Researchonsurfacemodifi

2、cationoftwo-dimensionalmaterialsandtheircatalyticandadsorptioncharacteristicsbyLIUDongdongB.S.(HunanUniversity)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinPhysicalChemistryintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorWangShuangyi

3、nMay,2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索

4、，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□。√（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I硕士学位论文摘要二维材料较高的载流子迁移率、较大的比表面积和优良的电热传导率等诸多优异的特性，使其在锂离子电池、电化学氢析出反应、气体传感等领域具有广泛的应用前景。其中，以石墨烯最为典型。2004年，石墨烯被成功剥离出来，因其具有与众不同的物理、化学、光学、电子等性质，科研工作者和产业界都对石墨烯材料进行了广泛而深入的研究。随后，各种类石墨烯的二维材料也

5、陆续被研究出来。其中，作为新型的二维材料，磷烯具有与石墨烯类似的层状结构、良好的各向异性电导率和直接带隙半导体结构，这使其在电子器件和电化学传感方面有着良好的应用。然而，磷烯材料在气体吸附方面表现出不稳定的物理吸附特性，限制了其在吸附传感领域的实际应用。另外一种被广泛研究的二维材料二硫化钼，属于过渡金属硫属化合物，同样具有与石墨烯类似的层状结构。二硫化钼的边缘硫原子具有氢析出反应催化活性，可以用作电催化剂材料。但是作为半导体材料，二硫化钼的本征导电性能不够理想。而且，由于层间范德华力的相互作用，二硫化钼纳米片容易团聚，限制了其在电催化氢析出反应中的应用。本学位论

6、文基于二维材料的表面调控策略，通过杂原子掺杂和锂离子嵌入等手段，调控二维材料表面的电荷分布及其整体的导电性能，并研究其在甲醇气体吸附和电催化氢析出反应方面的应用。具体开展了以下研究工作：（1）基于第一性原理计算，开展了甲醇气体分子在杂原子掺杂磷烯表面的吸附特性研究。在吸附模型中，甲醇气体分子被置于杂原子掺杂的磷烯表面上方，其O-H键平行于磷烯表面，整个吸附模型使用维也纳第一性计算软件包进行了充分优化。计算结果表明，杂原子掺杂可以有效调控磷烯表面的电荷分布，影响磷烯对甲醇气体分子的吸附特性。与原始磷烯相比，氮原子掺杂和氧原子掺杂对甲醇气体分子的吸附更加有效。然而，

7、硼原子掺杂和碳原子掺杂几乎没有显著的变化。这项工作表明，氮原子掺杂和氧原子掺杂的磷烯是甲醇气体传感材料的理想选择，这为甲醇气体吸附和基于磷烯材料的传感器设计提供了十分有价值的参考。（2）以商业化二硫化钼粉末作为原始材料，采用一水合氯化锂作为锂源，通过机械球磨分散法，将锂离子嵌入到二硫化钼材料中，提高其导电性能以增强其电催化氢析出反应活性。结果表明，嵌锂不仅能够提高二硫化钼电催化剂的导电性，而且还能实现从2H半导体相到1T金属相的转变。基于上述两个因素，与商业化二硫化钼相比，锂化二硫化钼的氢析出反应催化性能有了显著的提高。关键词：二硫化钼；电催化氢析出反应；磷烯；

8、甲醇吸附；密度泛函理论I