过渡金属掺杂 MoS2 电催化二氧化碳的第一性原理研究任务书

 2022-01-13 09:01

全文总字数：2732字

1. 毕业设计（论文）主要内容：

随着工业化进程的加快，人们对化石燃料的过度依赖以及二氧化碳的过量排放，已经造成严重的能源危机和环境污染。

这些已成为制约全球可持续发展的重要问题。

电化学催化二氧化碳还原产生甲酸或醇类等化工产品或燃料，具有可在常温常压条件下进行、消耗的能源清洁等优点。

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2. 毕业设计（论文）主要任务及要求

  1. 查阅不少于 15 篇相关文献资料，其中近 5 年英文文献不少于 3 篇，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解此选题对社会发展、成本消耗以及对环境保护等方面的影响，完成开题报告；
  2. 完成不少于 5000 字的英文文献翻译；
  3. 在老师的指导下搭建二硫化钼以及不同过渡金属掺杂二硫化钼体系的模型，采用 Materials Studio 计算软件包中的 CASTEP 模块，应用密度泛函理论优化这些体系的结构。

  4. 采用 Materials Studio 计算软件包中的 CASTEP 模块，应用密度泛函理论研究以不同过渡金属掺杂二硫化钼作为催化体系电催化二氧化碳还原生成甲酸或醇类的反应，优化电催化过程中可能的反应中间体的结构，计算它们的相对吸附自由能。

  5. 分析并比较掺杂过渡金属铬元素（Cr）前后，二硫化钼体系对反应能量大小以及催化性能的影响，寻找二氧化碳电催化还原反应的能量最优反应路径；
  6. 总结国内外相关研究概况和发展趋势，总结选题对社会可持续发展、降低成本消耗以及环境保护等方面的影响，分析计算数据，撰写毕业论文，字数不少于 1.2 万字。

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    3. 毕业设计（论文）完成任务的计划与安排

    第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解和学习研究所需的计算软件、计算方法。确定研究方案，并完成开题报告。

    第4－6周：按照设计的方案开展理论计算工作，在老师的指导下搭建二硫化钼以及不同过渡金属掺杂二硫化钼体系的模型，采用 Materials Studio计算软件包中的 CASTEP 模块，应用密度泛函理论优化这些体系的几何构型。

    第7－9周：采用 Materials Studio 计算软件包中的 CASTEP 模块，应用密度泛函理论研究二硫化钼以及过渡金属铬元素（Cr）掺杂二硫化钼催化体系电催化二氧化碳还原生成甲酸和醇类的反应，优化各反应中间物的结构，并计算它们的相对吸附自由能。

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    4. 主要参考文献

    1. Wang, Q.; Lei, Y.; Wang,D.; Li, Y., Defect engineering in earth-abundant electrocatalysts for CO2 and N2 reduction. Energy Environ. Sci. 2019, 12 (6), 1730-1750.
    2. Parija, A.; Choi, Y.-H.;Liu, Z.; Andrews, J. L.; De Jesus, L. R.; Fakra, S. C.; Al-Hashimi, M.;Batteas, J. D.; Prendergast, D.; Banerjee, S., Mapping Catalytically RelevantEdge Electronic States of MoS2. ACS Cent. Sci. 2018, 4 (4), 493-503.
    3. Abbasi, P.; Asadi, M.; Liu,C.; Sharifi-Asl, S.; Sayahpour, B.; Behranginia, A.; Zapol, P.;Shahbazian-Yassar, R.; Curtiss, L. A.; Salehi-Khojin, A., Tailoring the EdgeStructure of Molybdenum Disulfide toward Electrocatalytic Reduction of CarbonDioxide. ACS Nano 2017, 11 (1), 453-460.
    4. Hong, X.; Chan, K.; Tsai,C.; Norskov, J. K., How Doped MoS2 Breaks Transition-Metal ScalingRelations for CO2 Electrochemical Reduction. ACS Catal. 2016, 6 (7), 4428-4437.
    5. Asadi, M.; Kumar, B.;Behranginia, A.; Rosen, B. A.; Baskin, A.; Repnin, N.; Pisasale, D.; Phillips,P.; Zhu, W.; Haasch, R.; Klie, R. F.; Král, P.; Abiade, J.; Salehi-Khojin, A.,Robust carbon dioxide reduction on molybdenum disulphide edges. Nat. Commun. 2014, 5, 4470.
    6. Chan, K.; Tsai, C.; Hansen,H. A.; Nrskov, J. K., Molybdenum Sulfides and Selenides as PossibleElectrocatalysts for CO2 Reduction. ChemCatChem 2014, 6 (7), 1899-1905.

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