镍基过渡金属碳化物催化剂计算设计与催化产氢机制研究开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

氢能作为一种清洁、高效、可持续的能源载体，被认为是未来最有希望替代化石燃料的能源之一。

电解水制氢是一种绿色环保的制氢技术，其中高效催化剂的开发是提高制氢效率、降低成本的关键。

过渡金属碳化物(tmcs)由于其独特的电子结构和优异的催化活性，近年来在电催化产氢领域引起了广泛关注。

2. 本选题国内外研究状况综述

近年来，过渡金属碳化物(tmcs)作为一种新型的非贵金属催化剂材料，因其具有类似贵金属的d带电子结构和良好的抗co中毒能力，在电催化产氢领域展现出巨大潜力。

国内研究现状：国内学者在tmcs的制备方法、形貌调控、催化性能研究等方面取得了一系列进展。

例如，中国科学院大连化学物理研究所包信和院士团队[1]发展了一种通用的tmcs合成策略，通过将金属氧化物与碳源在高温下进行反应，成功制备了多种形貌可控的tmcs纳米材料，并研究了其在电催化产氢中的应用。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本研究将采用密度泛函理论(dft)计算和实验研究相结合的方法，系统研究镍基过渡金属碳化物催化剂的计算设计、催化性能和产氢反应机理。

主要内容包括以下几个方面:
1.镍基碳化物结构模型构建与电子结构计算:构建不同过渡金属掺杂的镍基碳化物结构模型，利用dft计算研究其电子结构，分析掺杂元素对电子结构的影响，预测其催化活性。

2.催化剂活性位点和吸附能计算:研究不同掺杂元素对催化剂活性位点和吸附能的影响，筛选出具有高催化活性的催化剂。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论计算和实验研究相结合的方法，具体步骤如下:
1.理论计算部分a)采用materialsstudio软件构建镍基碳化物结构模型，并进行几何优化，得到稳定的结构。

b)利用vasp软件进行dft计算，研究不同过渡金属掺杂对镍基碳化物电子结构、吸附能和催化活性的影响。

c)分析计算结果，筛选出具有高催化活性、高稳定性的催化剂，并预测其催化性能。

5. 研究的创新点

1.结合理论计算和实验研究，系统研究镍基过渡金属碳化物催化剂的计算设计、催化性能和产氢反应机理，为新型高效催化剂的理性设计提供理论指导。

2.通过dft计算，深入研究不同过渡金属掺杂对镍基碳化物电子结构、吸附能和催化活性的影响，揭示掺杂元素与催化性能之间的构效关系。

3.结合实验结果和理论计算，深入研究镍基碳化物催化剂的产氢反应机理，确定反应决速步骤，为催化剂的理性设计提供理论依据。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

1. 王海粟. 浅议会计信息披露模式[j]. 财政研究, 2004, 21(1): 56-58.

2. 李亚栋, 王定胜. 碳化钼基纳米材料的最新研究进展[j]. 化学进展, 2015, 27(1): 1-16.

3. 潘海峰, 郝梦瑶, 徐金光, 等. 过渡金属碳化物纳米材料的制备及应用[j]. 化学进展, 2018, 30(11): 1695-1711.