【摘 要】
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为解决碳纳米材料如碳纳米管(CNT)和石墨烯与金属接触界面间的浸润性差、电荷转移不理想等问题,利用基于密度泛函理论的第一性原理,对碳纳米材料与重金属(Pt、Au)原子间的交
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为解决碳纳米材料如碳纳米管(CNT)和石墨烯与金属接触界面间的浸润性差、电荷转移不理想等问题,利用基于密度泛函理论的第一性原理,对碳纳米材料与重金属(Pt、Au)原子间的交互作用进行了模拟计算。首先对Pt原子在B/N掺杂端部封闭CNT表面的吸附进行了研究,通过分析比较掺杂前后CNT与Pt原子间的吸附距离、吸附能、电荷转移量以及布居数等,发现B/N掺杂均能有效提高CNT与Pt原子之间的吸附能,促进电荷转移。相比于B掺杂,在CNT端部进行N掺杂可以更有效地提高CNT与Pt原子间的交互作用,有助于改善CNT载Pt催化剂的性能。对石墨烯载Pt催化剂而言,石墨烯与Pt之间的交互作用越强,催化剂导电性能越好。为此分析了Pt原子在本征石墨烯/空位缺陷石墨烯表面的吸附特性,结果发现对于本征石墨烯而言,在桥位吸附时石墨烯与Pt原子间吸附能和电荷转移量最大,但是两者依旧无法形成稳定有效的化学吸附;对于空位缺陷石墨烯而言,空位缺陷的存在会引入新的局域态,形成缺电子结构,促进了Pt原子中的电子向石墨烯转移,增强了石墨烯与Pt界面的电接触性能和体系稳定性。为改善石墨烯载Au催化剂中Au与石墨烯间电荷传递弱的问题,模拟计算了Fe掺杂对石墨烯吸附Au的影响。能带分析显示,在石墨烯中掺杂Fe会使石墨烯表面出现空穴。但是,在吸附Au原子后会由于Au原子的电负性和Fe与Au之间顺磁性的影响,使得石墨烯中电子进一步向Au转移。和本征石墨烯与Au原子间的吸附相比,Fe掺杂石墨烯与Au原子间的吸附能提高了近11倍,两者间的电荷转移量提高了183.3%。因此,掺杂Fe可以有效地改善石墨烯载Au催化剂的电子输运能力。
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