摘要：为了提高大学生的能力,在现有人才培养方式下积极引入学科实验竞赛。通过学科实验竞赛提升大学生的自主思考能力、自主学习能力、实验方案设计能力、动手能力和科学素养,从而达到全面提升大学生的自身能力的目的。同时通过大学生参加学科实验竞赛丰富高校人才培养模式。

摘要：利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究单个CO和O2气体分子在多种金属原子修饰的石墨烯表面的吸附作用.结果表明,空位缺陷结构的石墨烯能够显著提高金属原子的稳定性,失去部分电荷的金属原子有助于调控气体分子的吸附特性.对比发现,单个金属Al和Mo原子掺杂的石墨烯体系对O2分子具有极高的灵敏性和选择性.通过不同气体分子的吸附能够调控石墨烯体系的电子结构和磁性.研究结果测试了不同金属原子修饰石墨烯表面的反应活性,为设计新型金属-石墨烯功能器件提供参考.

摘要：本项目采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对新型石墨烯材料的结构设计、性能调控以及应用前景进行了较为系统地研究。本项目主要从原子层次和电子结构方面研究不同的修饰方式对石墨烯的结构稳定性和表面反应活性的作用机理。一方面通过优化构型的原子间距、键长、能带结构、电荷分布和电子态密度等方面性质分析获取体系的原子/电子结构、磁性变化和成键信息,从而对金属、非金属原子掺杂或含氧官能团修饰石墨烯体系的原子/电子结构特性进行研究;另一方面通过观察NH3、 SO2、HCN和NO等多种有毒气体分子在石墨烯表面的吸附,引起体系表面结构和电子特性的变化从而改性石墨烯作为气敏材料。

摘要：采用基于密度泛函理论方法系统地研究了单个NO和CO小分子在非金属(B和N)与金属Ni原子共掺杂石墨烯(B_(x)-N_(y)-gra-Ni,x+y=0,1,2,3)表面的吸附特性,分析了吸附气体小分子的几何结构,吸附能,电荷转移量以及引起体系磁性变化等情况.研究结果表明:NO和CO倾向于吸附在Ni原子的顶位,B和N掺杂原子的数量和比例能够有效地调制小分子的吸附强度;与吸附的CO分子相比,B_(x)-N_(y)-gra-Ni表面吸附的NO分子能获得较多的电荷,进而表现出高的稳定性.此外,利用吸附的气体小分子与衬底间相互作用强度和灵敏性的差异、以及引起反应衬底的磁性变化将为设计石墨烯基气敏、催化和电子器件提供重要参考.

摘要：基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了氧原子掺杂石墨烯衬底负载Pt4团簇体系的稳定结构和催化性能.观察3个不同结构的Pt4团簇在石墨烯衬底相互转换的反应过程,结果表明:结构1和结构2转化为结构3需要克服较小的能量势垒,结构3的Pt4团簇在石墨烯衬底形成最稳定构型.在研究不同反应气体吸附特性的基础上,对比两种反应机理对CO氧化反应过程的影响.本研究为设计石墨烯纳米功能材料提供重要的理论参考.

摘要：采用第一性原理方法研究双空位缺陷结构的石墨烯衬底负载不同金属原子(Fe、Co和Pt)体系的稳定结构和表面反应活性。研究结果可知:单个金属原子掺杂的双空位缺陷石墨烯(555-777-graphene)结构具有极高的稳定性(>10.0 eV),显不同正电性的金属原子将用来调控气体分子的稳定性。单个NO和SO2分子吸附在Pt原子掺杂衬底的吸附能最小,在Fe原子掺杂体系上的吸附能更高。不同金属原子掺杂的石墨烯衬底对NO分子均表现出较高的灵敏性。此外,吸附的气体分子能够有效地增强Co原子掺杂体系的磁矩大小,而气体吸附不影响Pt原子掺杂体系的磁性。该研究工作为设计新型二维碳基功能器件提供参考。

摘要：采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法研究了不同含硫物质(H2S、SH和S)在金属修饰石墨烯(M-graphene)表面的吸附特性。研究发现:在M-graphene表面吸附的单个S原子获得较多电荷,其稳定性高于吸附的H2S和SH。与掺杂的Pt原子相比,掺杂的Co原子失去较多电荷而显出较强的正电性,可以有效地减弱对SH和S的束缚。此外,吸附不同的含硫物质可以有效地调节M-graphene体系的电子结构和磁性变化。该研究将为设计抗硫中毒的石墨烯基电极材料提供重要参考。