鋰離子電池

 

鋰離子電池第一會合石墨烯的理論研究在兩個方面:一是能力問題,包括李和石墨烯之間的交互,和李離子在石墨烯不嚴的問題,這是密切結(jié)合比鋰離子電池的功能,主要包含李在平行方向上的松懈和石墨烯通過石墨烯出現(xiàn)松懈的外觀。

 

1. 能力與相互作用能

 

(1)沒有石墨烯

 

李沒有相互作用的研究石墨烯的出現(xiàn)表明,李位于石墨烯的碳六元環(huán)的中心,和六個碳原子組成的環(huán)與李,而李結(jié)的兩個碳原子之間的相互作用和一個碳原子的頂端很弱。Li與C六元環(huán)的相互作用具有離子鍵的性質(zhì)。電荷從Li轉(zhuǎn)移到石墨烯上，重新定位的電子主要在Li和C六元環(huán)之間的區(qū)域相遇，因此Li原子的上區(qū)與電子在石墨烯上的C - C鍵上切割。當Li附著在石墨烯表面時，石墨烯的電子結(jié)構(gòu)必然發(fā)生變化。因為李的電子進入石墨烯的π*樂隊,費米能級系統(tǒng)的動作明顯上升,進入導(dǎo)帶,和2 s的李,因為電荷傳輸高于費米能級,石墨烯還狄拉克點,但因為電荷從李轉(zhuǎn)移到石墨烯,費米能級變成略高于狄拉克點。

 

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)Li和石墨烯的吸附能大于0，說明Li和完整的石墨烯不會主動吸附，難以形成穩(wěn)定的化合物。對于低層次的石墨烯，Li積極響應(yīng)。當Li進入低層石墨烯層間時，Li與碳原子之間的相互作用受到層間范德華力的影響，這種影響隨Li的量而變化。計算函數(shù)表明，低層石墨烯的Li的存儲容量低于塊狀石墨。Li可以進入任意數(shù)量的小層石墨烯，但只能在石墨烯層之間，而不能在小層石墨烯表面。對于兩層石墨烯，當含量較低時，Li具有很強的插層作用。隨著石墨烯層的不斷增加，Li首先進入了最外層石墨烯層，而不是中心層。然后，根據(jù)石墨烯層的數(shù)量，Li會有不同的嵌入行為，要么嵌入同一最外層，要么嵌入另一最外層，或者可能嵌入內(nèi)層。

 

奧爾過程

 

燃料電池可以直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，具有轉(zhuǎn)換功率大、功率密度高、無污染等優(yōu)點。氧氣回收反應(yīng)是限制燃料電池使用的一個重要因素。反應(yīng)有兩種方式。第一個是四電子過程，在這個過程中，O2得到4個電子，并直接還原為H2O。第二種是低功率的雙電子過程，在這個過程中O2轉(zhuǎn)化為H2O2。由于四電子制程催化劑的高功率應(yīng)用，對其進行討論非常重要。

 

石墨烯催化計算表明，O2分子與完整石墨烯片的吸附能非常小，兩者之間的間隔也很大，大于2.6?。雖然O2分子與石墨烯形成弱離子鍵，但由于反應(yīng)過程后續(xù)過程需要較高的能量，且生成的OOH很難吸附到完整的石墨烯上，所以完整的石墨烯不具有O2催化活性。因為N的電負性比C強，所以N周圍的C原子帶一個正電荷，它們帶一定的自旋電荷。研究表明，當自旋電荷密度或原子電荷密度大于0.15時，碳原子表現(xiàn)出ORR電化學(xué)活性。此外，科學(xué)家們選擇了周期性結(jié)構(gòu)石墨烯模型，專門探討了在沒有石墨烯和n-摻雜石墨烯的石墨烯上的ORR過程，如圖8所示。他們還計算了N含量對石墨烯ORR過程的影響，發(fā)現(xiàn)4-5% N含量的應(yīng)用是合適的。