过渡金属掺杂 MoS2 电催化还原一氧化碳的第一性原理研究任务书

 2022-01-13 09:01

全文总字数：2610字

1. 毕业设计（论文）主要内容：

工业的高速发展以及对化石燃料的过度依赖已经引起了全球的能源危机。

含碳化石燃料不完全燃烧产生的一氧化碳不仅对环境造成污染，而且严重影响人体的血红蛋白对氧气的利用，引起一氧化碳中毒。

电化学催化还原一氧化碳产生碳氢化合物或醇类，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、人民健康和安全、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，应用密度泛函理论计算优化这些模型体系的结构,计算各个模型的能量，并对比其异同。

  4. 采用 Materials Studio 计算软件包中的 CASTEP 模块，应用密度泛函理论优化过渡金属钴元素（Co）掺杂二硫化钼体系为催化剂电催化一氧化碳反应过程中的各种可能的反应中间体和产物的结构，计算它们的相对吸附自由能。

  5. 分析并比较二硫化钼体系掺杂过渡金属前后对反应能量大小以及催化性能的影响，寻找一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、人民健康和安全的保障、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，并对其相应的电子结构性质和电荷布居进行分析。

    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不同过渡金属掺杂二硫化钼电催化一氧化碳还原生成醇类的反应，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. Zhang, K.; Wang, Q.; Wang,B.; Xu, Y.; Ma, X.; Li, Z., A DFT study on CO methanation over the activatedbasal plane from a strained two-dimensional nano-MoS2. Appl. Surf. Sci. 2019, 479, 360-367.
    2. Pang, Y.; Li, J.; Wang, Z.;Tan, C.-S.; Hsieh, P.-L.; Zhuang, T.-T.; Liang, Z.-Q.; Zou, C.; Wang, X.; DeLuna, P.; Edwards, J. P.; Xu, Y.; Li, F.; Dinh, C.-T.; Zhong, M.; Lou, Y.; Wu,D.; Chen, L.-J.; Sargent, E. H.; Sinton, D., Efficient electrocatalyticconversion of carbon monoxide to propanol using fragmented copper. Nat.Catal. 2019, 2 (3), 251-258.
    3. Chen, Z. W.; Gao, W.;Zheng, W. T.; Jiang, Q., Steric Hindrance in Sulfur Vacancy of Monolayer MoS2Boosts Electrochemical Reduction of Carbon Monoxide to Methane. ChemSusChem 2018, 11 (9), 1455-1459.
    4. Xiao, H.; Cheng, T.;Goddard, W. A., Atomistic Mechanisms Underlying Selectivities in C1 and C2Products from Electrochemical Reduction of CO on Cu(111). JACS 2017, 139 (1), 130-136.
    5. Ma, D.; Ju, W.; Li, T.;Zhang, X.; He, C.; Ma, B.; Lu, Z.; Yang, Z., The adsorption of CO and NO on theMoS2 monolayer doped with Au, Pt, Pd, or Ni: A first-principlesstudy. Appl. Surf. Sci. 2016, 383, 98-105.

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