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1. 毕业设计（论文）主要内容：
钾离子电池不仅具有相对较高的能量密度和较低的成本，因而对钾离子电池的研究成为近年来的研究热点之一。另外，在电解质中钾离子具有快速的离子传输动力学性质。这些优点使得钾离子电池具有优越的应用前景。石墨烯材料是钾离子电池的负极材料的优质选择，而通过对石墨烯进行掺杂，可以有效地调控并提高钾离子电池的性能。在此背景下，本课题运用第一性原理密度泛函理论研究不同掺杂石墨烯体系对钾离子电池性能的影响。采用第一性原理作用研究手段，可以大幅度降低研发的成本、缩短研发的周期，同时不会带来环境污染和因操作失误而造成的安全事故，因而具有较大的经济和环保效益。本课题的主要研究内容如下：
（1）研究不同掺杂模型 Gr-6N，Gr-5N，Gr-QN，Gr-COOH，Gr-CO，Gr-OH （其中 Gr 代表石墨烯）对钾离子的束缚作用，并分析掺杂对石墨烯物化性质带来的影响。
（2）研究钾离子在这些掺杂模型中的吸附位点和对应的吸附能，并分析这些体系的电子结构、态密度 (DOS) 和电荷分布。最后，分析和对比这些模型的电化学储钾的潜在能力。
2. 毕业设计（论文）主要任务及要求
（1）查阅不少于 15 篇第一性原理计算结合钾离子电池的相关资料，其中近 5 年的英文文献不少于 5 篇。通过文献阅读，调研国内外相关研究的概况和发展趋势；了解钾离子电池相比于锂离子电池在安全性上的优势；理解通过第一性原理计算的研究方法对研发成本的降低和对环境友好方面的优势。
（2）构建合适的模型，搜索单层石墨烯的结构，用 Materials Studio 程序构建合适的掺杂石墨烯模型，包括 Gr-6N，Gr-5N，Gr-QN，Gr-COOH，Gr-CO，Gr-OH（其中 Gr 代表石墨烯）；在上述模型中构建合适的钾离子吸附模型。
（3）采用第一性原理方法，计算（2）中的一系列掺杂石墨烯中各位点对钾离子的吸附能，并进行对比分析。
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，了解研究所需计算方法。确定技术方案，并完成开题报告。
第 4 - 6 周：熟悉 Materials Studio 软件的操作，按照设计方案构建掺杂石墨烯体系的结构模型，包括 Gr-6N，Gr-5N，Gr-QN，Gr-COOH，Gr-CO，Gr-OH，并初步对搭建的模型进行结构优化。
第 7 - 9 周：应用第一性原理密度泛函理论，搜索钾离子在上述优化后的掺杂石墨烯体系上的吸附位点，计算能量最优的钾离子吸附模型和对应的吸附能。
4. 主要参考文献
[1] Ma, C.; Shao, X.; Cao, D.,Nitrogen-doped graphene nanosheets as anode materials for lithium ionbatteries: a first-principles study. J. Mater. Chem. 2012, 22 (18), 8911-8915.
[2] Ri, G.-C.; Yu, C.-J.; Kim,J.-S.; Hong, S.-N.; Jong, U.-G.; Ri, M.-H., First-principles study of ternarygraphite compounds cointercalated with alkali atoms (Li, Na, and K) andalkylamines towards alkali ion battery applications. J. Power Sources 2016, 324, 758-765.
[3] Sannyal, A.; Ahn, Y.; Jang,J., First-principles study on the two-dimensional siligene (2D SiGe) as ananode material of an alkali metal ion battery. Comput. Mater. Sci. 2019, 165, 121-128.
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