O_2在Si掺杂石墨烯上吸附与活化

采用包含色散力校正的密度泛函理论方法(DFT-D)研究了O2在Si掺杂石墨烯(Si-Gra)上吸附与活化.研究结果表明:1)与纯净石墨烯相比,Si掺杂极大的增强了石墨烯对O2的吸附能力.O2的最稳定吸附构型是以Side-on模式吸附在掺杂的Si的顶位,形成O-Si-O三元环.次稳定吸附构型是与Si及近邻的一个C形成O-Si-C-O四元环结构.两个吸附构型对应的吸附能分别为-2.40和-1.93eV;2)O2有两种分解路径:直接分解路径(势垒为0.53eV)和整体扩散后的分解路径(势垒为0.81eV);3)分解之后的两个O原子分别吸附在Si的顶位和相邻碳环的两个碳原子的桥位;4)电子结构分析表明吸附的O2从Si-Gra获得较多电荷,从而被活化.总之,Si-Gra具有较强的催化氧气还原能力,是一种潜在的良好的非金属氧还原催化剂.     

第一性原理研究O_2在CrN_4掺杂石墨烯上的氢化

掺杂是调制graphene催化特性的有效方法 .掺杂的石墨烯,因其具有对氧还原反应具有较高的活性,而作为一种新型高效质子交换膜燃料电池阴极材料.采用包含色散力校正的第一性原理的密度泛函理论方法 (DFT-D)系统的研究了O_2在CrN_4掺杂的石墨烯上的吸附和氢化特性.结果表明:(1)O_2倾向于以side-on模式吸附在Cr顶位,形成O-Cr-O三元环结构,吸附能为1.75 e V;(2)O_2在Cr N4-Gra上更倾向于直接分解成O+O,并进一步氢化为O+OH,反应的限速步为O_2的分解,相应的反应势垒为0.48 e V.     

S在Pt皮肤Pt_3Ni(111)面吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算并分析了S原子在Pt皮肤Pt3Ni(111)面不同位置的吸附特性.结果表明:S原子在Pt皮肤Pt3Ni的fcc位吸附最强,吸附能为5.49eV;与S原子在纯净的Pt(111)表面吸附相比较,S原子在Pt皮肤Pt3Ni(111)面相应吸附位置的吸附能变小,与近邻Pt原子形成的S-Pt键变长,表明掺杂的Ni会减小相应位点S原子的吸附能,降低体系对S原子的吸附能力,进而减弱S吸附对体系催化能力的影响;态密度分析发现,S原子的吸附使得Pt基催化剂的催化活性降低,主要是S的2p电子引起的;这些结果将为后续研究Pt基合金电极抗S中毒效果以及探究S原子吸附后Pt3Ni的活性位提供依据.     

铅冷快堆M2LFR-1000堆芯燃料管理方案设计

堆芯燃料管理是反应堆设计中极为重要而且复杂的工作,直接影响着堆芯的经济性。目前国内外对于压水堆等传统热堆已有了较为丰富和成熟的燃料管理计算方法,但对于快堆,由于其中子能谱硬,与传统热堆相比有着不同的控制方式和功率分布,快堆的堆芯燃料管理缺乏系统研究。针对中国科学技术大学自主研发的强迫循环冷却的铅基快堆M2LFR-1000,应用SRAC/COREBN软件包进行堆芯燃耗计算,根据燃耗深度提取核素核子密度,计算伪平衡循环参数进行燃料管理预估,然后进行首循环装料、过渡循环和平衡循环燃料管理方案设计。结果表明:对M2LFR-1000堆芯外区燃料换料组件Pu的富集度进行优化,可以延长换料周期到540 d,提高平均卸料燃耗深度;伪平衡循环结果与平衡循环基本一致,伪平衡循环可以用于燃料管理预估。     

Ni与钇稳定的氧化锆(111)表面相互作用以及界面活性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了Ni原子在钇稳定的氧化锆(YSZ)(111)和富氧的YSZ(YSZ+O)(111)表面不同位置的吸附, 以及CO和O₂分子在Ni₁(单个镍原子)/YSZ和Ni₁/YSZ+O表面吸附的几何与电子结构特征. 结果表明: 1) 单个Ni原子倾向于吸附在O原子周围, 几乎不吸附在Y原子周围, 且Ni原子在氧空位上吸附最稳定; 2)和YSZ相比, 单个Ni原子在YSZ+O表面易发生氧化现象, Ni原子失去1.06 e电子, 被氧化成了Ni⁺, 吸附能力更强; 3)被氧化的Ni催化活性大幅下降, 大大减弱了表面对O₂和CO等燃料气体的吸附作用.     

First principles study on geometric and electronic properties of two-dimensional Nb2CTx MXenes

MXenes are a new type of two-dimensional carbides with rich physical and chemical properties. The physics of MXenes, and thus the applications, are dominated by surface functional groups. Herein, the effects of different terminations (O, S, Se, Te) on the geometric and electronic properties of Nb₂C MXenes were studied via density functional theory (DFT) calculations. Three adsorption sites were examined to determine the most stable configurations. The results showed that both the types and the positions of surface functional groups influence the geometric stability and physical characters of Nb₂C. The S and Se terminations make the Nb₂C MXenes to be semiconductor, while Nb₂C MXenes with other terminations (O, Te) are conductor. The electron location function, density of states, Bader charge distribution, and the projected crystal orbital Hamilton population were conducted to explain the origin of adsorption stability and electronic nature difference. Our results provide a fundamental understanding about the effects of surface terminations on the intrinsic stability and electronic properties of Nb₂C MXenes.     

Brnsted-Evans-Polanyi关系筛选最优催化剂

基于反应活化能和反应热间存在的线性Brnsted-Evans-Polanyi (BEP)关系,对双原子分子、三原子分子和多原子分子等无机小分子的活化和有机分子键的断裂等进行概要的描述. BEP关系能够帮助人们定量地理解催化活性的"火山图形",结合各个反应的特性寻找最优吸附能的范围,同时也为研究反应进行的优先顺序,反应速率快慢提供了一个方法 .随着计算能力的不断提高,相关理论的不断发展,寻找和筛选高效廉价的催化剂会越来越方便、快速、精确. BEP关系简单、快速、有选择性的特点使人们能够结合各种情况选择非稀有、环境友好、便宜、催化效率高的多相催化剂.     

单原子Pt增强α-Mo_2C(0001)抗硫中毒特性机理的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理方法研究了α-Mo_2C(0001)表面和Pt/α-Mo_2C(0001)表面抗硫中毒特性及其机理.发现干净的Mo_2C(0001)表面对含硫物种(S、HS和H2S)吸附很强(吸附能分别为-6.46、-4.15和-1.54 e V),极易S中毒.Pt的引入可以减弱含硫物种在Mo_2C(0001)表面的吸附,当含硫物种在Pt/Mo_2C(0001)表面Pt原子周围吸附时吸附能较小,在Pt原子顶位吸附时吸附能最小,远离Pt原子吸附时吸附能增大.因此,Pt的引入对Pt周围催化活性位点避免硫原子中毒起到很好的保护作用,达到抗硫中毒效果.预期提高Pt原子覆盖度,可以进一步降低含硫物种与Mo_2C(0001)表面的相互作用,更好地抗硫中毒,为设计高活性、高抗硫中毒性的Mo_2C基催化剂提供理论依据.     

Image segmentation of exfoliated two-dimensional materials by generative adversarial network-based data augmentation

Mechanically cleaved two-dimensional materials are random in size and thickness. Recognizing atomically thin flakes by human experts is inefficient and unsuitable for scalable production. Deep learning algorithms have been adopted as an alternative, nevertheless a major challenge is a lack of sufficient actual training images. Here we report the generation of synthetic two-dimensional materials images using StyleGAN3 to complement the dataset. DeepLabv3Plus network is trained with the synthetic ...     

第一性原理研究O2在CrN4掺杂石墨烯上的氢化

掺杂是调制graphene催化特性的有效方法. 掺杂的Graphene, 因其具有对氧还原反应具有较高的活性, 而作为一种新型高效质子交换膜燃料电池阴极材料. 采用包含色散力校正的第一性原理的密度泛函理论方法(DFT-D)系统的研究了O2在CrN4掺杂的Graphene上的吸附和氢化特性. 结果表明: (1) O2倾向于以side-on模式吸附在Cr顶位, 形成O-Cr-O三元环结构, 吸附能为1.75 eV; (2) O2在CrN4-Gra上更倾向于直接分解成O+O, 并进一步氢化为O+OH, 反应的限速步为O2的分解, 相应的反应势垒为0.48 eV.