Li2O2在氧化石墨烯基催化剂上解离的第一性原理研究.pdf

摘要

LOBs3500Wh/kg

锂空电池又称锂氧电池（），具有极高的理论能量密度（），

有望成为电动汽车的能量储存装置。然而，锂空电池的放电产物过氧化锂（LiO）

22

不容易分解，需要较高的充电过电位，导致电池倍率性能差，循环稳定性低。因

此，设计高效的阴极反应催化剂是十分重要且迫切的任务。

CoPdPtRu

本文系统地研究了过氧化锂在四种过渡金属（、、和）修饰的氮

掺杂双空位石墨烯（TM-NC）催化剂上的解离。首先优化TM-NC衬底的几何

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构型，然后将LiO和LiO分子分别吸附在TM-NC上，优化不同的吸附构型，

2224

确定最佳吸附构型，然后计算其电子结构及吉布斯自由能，分析TM-NC催化剂

4

PtNC

对过氧化锂的催化性能。结果发现金属修饰的4催化剂充电过电位最低

（0.02V），说明Pt-NC有作为锂空电池阴极催化剂的前景。

4

GO

氧化石墨烯（）不含过渡金属，原材料容易获得，有希望成为锂空电池

阴极催化剂。本文以氧化石墨烯作为锂空电池阴极催化剂，研究其氧化浓度对过

氧化锂解离的影响。我们将n（n1-6）个氧原子吸附在石墨烯的桥位上，形成

环氧基功能团，构造氧化石墨烯模型（GO），并对其进行优化。优化并分析LiO

n22

和LiO分子分别在GO上的吸附构型、电子结构以及吉布斯自由能。结果表明，

2n

当石墨烯上分别吸附5和6个氧原子时，其充电过电位较低，分别为0.06V和

0.05V。

在实际应用中，氧化石墨烯表面存在一定数量的缺陷。因此，本文对有空位

VGOx0-2y0-4

缺陷的氧化石墨烯xy（，）进行研究。结果表明在所有考虑的

VGO0.05V

催化剂中，21作为锂空电池的阴极催化剂充电过电位最低（），对过

氧化锂的解离效果最好。

TM-NCGO

总之，本文采用第一性原理计算分别研究了过氧化锂在、和

4n

VGO三种不同石墨烯基催化剂上的解离，筛选出解离过氧化锂的最优阴极催化

xy

剂，为实验上合理设计锂空电池阴极催化剂提供一定的数据参考和理论指导。

关键词：石墨烯基催化剂；锂空电池；过氧化锂；第一性原理计算

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