1. 毕业设计（论文）的内容和要求

掺杂石墨烯及碳纳米管等sp2纳米碳材料由于具有优异的导电性和高的比表面积而成为非贵金属orr电催化剂的重要选项和研究热点。尤其，n 掺杂石墨烯及碳纳米管等表现出良好的电催化性能而受到了该领域的广泛研究。在n 掺杂石墨烯及碳纳米管基 的orr 催化剂中, 已知 n 基活性位点主要分为四类, 即吡啶类氮 (p-n)、吡咯类氮 (py-n)、石墨化氮 (g-n)和氧化类氮 (o-n)。尽管已经对这四类型氮的活性位点做了大量的研究, 但是它们在催化反应中起到的 orr 催化作用以及催化机理和活性位点本身结构的关系仍不够明确；部分研究认为 p-n 或者 py-n 是 orr 催化活性位点, 然而也有研究认为是 g-n 起作用. 最近研究又表明, p-n 和 g-n 都是 orr 催化活性位点, 只是在 orr 中所起的催化能力不同。因此关于这些n 掺杂石墨烯及碳纳米管材料催化orr的本质仍缺乏统一的认识。

本毕业设计论文主要是在密度泛函理论基础上, 利用量子化学、分子图形学和量子化学计算软件程序vasp 、p4vasp、vesta等计算研究不同类型氮掺杂的石墨烯的微观几何结构、电子结构、电荷分布、电子能态及催化活性。 系统研究不同类型氮掺杂的石墨烯及pt等过渡金属负载的石墨烯材料的氧还原电催化性能,明确n掺杂碳纳米材料中可能的氧还原活性位点及不同活性位点对orr性能影响，在一种方反应机理和理论框架内给出不同类型氮掺杂碳基材料对orr活性的预期。从而为基于氮掺杂的石墨烯碳纳米材料的设计和研发提供一定的理论依据和支撑。具体研究内容如下：

（1） 构建优化四类氮掺杂的石墨烯, 即吡啶类氮 (p-n)、吡咯类氮 (py-n)、石墨化氮 (g-n)和氧化类氮 (o-n)；

2. 参考文献

1) active sites of nitrogen-doped carbon materials for oxygen reduction reaction clarified using model catalysts. science, 2016, 351, 361-365

2) recent progress in 2d or 3d n-doped graphene synthesis and the characterization, properties, and modulations of n species, journal of materials science , 2016, 51,10323-10349

3) non-precious alloy encapsulated in nitrogen doped graphene layers derived from mofs as an active and durable hydrogen evolution reaction catalyst，energy amp; environmental science, 2015, 8, 3563-3571

3. 毕业设计（论文）进程安排