石墨烯在海水环境中抗氧化腐蚀行为的第一性原理模拟
发布时间：2022-08-13 16:41
海洋腐蚀是一种缓慢的化学过程,是一种自然现象。金属材料与氧和水相互作用,导致它们自身的低效和破坏。由于海水侵蚀,船和厂房设备受损,日常生活和生产遭受严重损失。现阶段防止海洋腐蚀的方法主要是是在金属表面涂上有机保护膜,避免金属与环境中的腐蚀性介质直接接触,降低金属在环境中的风险和金属的化学或电化学反应。然而,许多传统防腐材料不仅消耗了大量的不可再生能源,而且对社会经济的可持续发展产生了严重的不利影响。因此,在海洋防腐领域,对环境无害、屏蔽性能好的材料的研究是一个热点问题。本论文利用密度泛函理论对石墨烯在海洋环境下的抗氧化腐蚀进行了模拟计算,利用VASP软件,明确了O在石墨烯和缺陷石墨烯上的吸附和扩散机理,以及在海洋等含氯环境下对O的吸附和扩散的影响,通过差分电荷密度、态密度、能带结构、扩散能量势垒等一系列理论分析手段,提出氟化石墨烯和非金属元素掺杂的空位缺陷石墨烯能够有效抑制氧的扩散,从而提升石墨烯的抗氧化腐蚀性能。本论文从以下几个方面进行阐述:1、模拟计算了O在本征石墨烯上和空位缺陷石墨烯的吸附和扩散,并添加了Cl原子的吸附以模拟海洋环境下对O的吸附和扩散就的影响,相比于没有Cl的情况...
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSRTACT
第一章 绪论
1.0 引言
1.1 海洋腐蚀与防护
1.2 石墨烯的概述
1.3 石墨烯防腐研究进展
1.4 石墨烯防腐存在的问题
1.5 论文的研究意义与研究内容
1.5.1 论文的研究意义
1.5.2 论文的研究内容
第二章 理论基础
2.1 引言
2.2 第一性原理介绍
2.3 密度泛函理论介绍
2.3.1 局域密度近似
2.3.2 广义梯度近似
2.3.3 Kohn-Sham方程
2.3.4 自洽总能量和弛豫计算
2.4 CI-NEB模型
2.5 VASP计算软件包
第三章 海水环境中氯对石墨烯的抗氧化行为的影响
3.1 前言
3.2 计算方法
3.3 结果和讨论
3.3.1 氧和氯在石墨烯上的吸附行为
3.3.2 含氯情况下氧在石墨烯上的吸附行为
3.3.3 含氯情况下氧在石墨烯上的扩散行为
3.4 本章小结
第四章 海水环境中氟功能化石墨烯的抗氧化行为
4.1 前言
4.2 计算方法
4.3 结果和讨论
4.3.1 氧和氯在氟化石墨烯上的吸附结构和吸附能
4.3.2 氧和氯在氟化石墨烯上的电子结构
4.3.3 氧在含氯的氟化石墨烯上的动力学行为
4.4 本章小结
第五章 海水环境中非金属元素掺杂空位石墨烯的抗氧化行为
5.1 前言
5.2 计算方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 非金属元素掺杂空位缺陷石墨烯的电子结构
5.3.2 非金属元素掺杂空位缺陷石墨烯对氧的吸附
5.3.3 非金属元素掺杂空位缺陷石墨烯上氧的扩散势垒
5.4 本章小结
第六章 结论
6.1 主要结论
6.2 主要创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Transfer-free CVD graphene for highly sensitive glucose sensors[J]. Shijing Wei,Yabin Hao,Zhe Ying,Chuan Xu,Qinwei Wei,Sen Xue,Hui-Ming Cheng,Wencai Ren,Lai-Peng Ma,You Zeng. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2020(02)
[2]氟化石墨烯的制备与应用进展[J]. 张正斌,于剑昆. 化学推进剂与高分子材料. 2019(01)
[3]单层石墨烯水分子吸附对其光学性质的影响[J]. 彭玉峰,王敬,路战胜,韩雪云. 原子与分子物理学报. 2016(03)
[4]功能化石墨烯的制备及应用研究进展[J]. 杨程,陈宇滨,田俊鹏,郝思嘉. 航空材料学报. 2016(03)
[5]船用铝合金在海洋环境中的腐蚀研究[J]. 侯健,张彭辉,郭为民. 装备环境工程. 2015(02)
[6]石墨烯在涂料领域中的应用[J]. 沈海斌,刘琼馨,瞿研. 涂料技术与文摘. 2014(08)
[7]氟化石墨烯能带中的对称分类研究[J]. 隋鹏飞,赵银昌,戴振宏. 大学物理. 2014(02)
[8]溶解氧浓度对船体钢在海水中腐蚀行为的影响[J]. 傅晓蕾,马力,闫永贵,孙好芬. 腐蚀与防护. 2010(12)
[9]海洋腐蚀环境下钢铁有机防护涂层的设计原则[J]. 夏兰廷,韦华. 太原重型机械学院学报. 2004(02)
[10]海洋环境砼结构中钢筋的腐蚀机理和防护实践[J]. 张文忠,马文田,石国彬,苏权科. 华南理工大学学报(自然科学版). 1999(11)
博士论文
[1]海水环境中带锈碳钢腐蚀电化学行为及相关参数的研究[D]. 彭欣.中国海洋大学 2013
[2]海洋环境下钢筋混凝土结构锈裂损伤评估研究[D]. 吴瑾.河海大学 2003
本文编号：3677385
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSRTACT
第一章 绪论
1.0 引言
1.1 海洋腐蚀与防护
1.2 石墨烯的概述
1.3 石墨烯防腐研究进展
1.4 石墨烯防腐存在的问题
1.5 论文的研究意义与研究内容
1.5.1 论文的研究意义
1.5.2 论文的研究内容
第二章 理论基础
2.1 引言
2.2 第一性原理介绍
2.3 密度泛函理论介绍
2.3.1 局域密度近似
2.3.2 广义梯度近似
2.3.3 Kohn-Sham方程
2.3.4 自洽总能量和弛豫计算
2.4 CI-NEB模型
2.5 VASP计算软件包
第三章 海水环境中氯对石墨烯的抗氧化行为的影响
3.1 前言
3.2 计算方法
3.3 结果和讨论
3.3.1 氧和氯在石墨烯上的吸附行为
3.3.2 含氯情况下氧在石墨烯上的吸附行为
3.3.3 含氯情况下氧在石墨烯上的扩散行为
3.4 本章小结
第四章 海水环境中氟功能化石墨烯的抗氧化行为
4.1 前言
4.2 计算方法
4.3 结果和讨论
4.3.1 氧和氯在氟化石墨烯上的吸附结构和吸附能
4.3.2 氧和氯在氟化石墨烯上的电子结构
4.3.3 氧在含氯的氟化石墨烯上的动力学行为
4.4 本章小结
第五章 海水环境中非金属元素掺杂空位石墨烯的抗氧化行为
5.1 前言
5.2 计算方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 非金属元素掺杂空位缺陷石墨烯的电子结构
5.3.2 非金属元素掺杂空位缺陷石墨烯对氧的吸附
5.3.3 非金属元素掺杂空位缺陷石墨烯上氧的扩散势垒
5.4 本章小结
第六章 结论
6.1 主要结论
6.2 主要创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Transfer-free CVD graphene for highly sensitive glucose sensors[J]. Shijing Wei,Yabin Hao,Zhe Ying,Chuan Xu,Qinwei Wei,Sen Xue,Hui-Ming Cheng,Wencai Ren,Lai-Peng Ma,You Zeng. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2020(02)
[2]氟化石墨烯的制备与应用进展[J]. 张正斌,于剑昆. 化学推进剂与高分子材料. 2019(01)
[3]单层石墨烯水分子吸附对其光学性质的影响[J]. 彭玉峰,王敬,路战胜,韩雪云. 原子与分子物理学报. 2016(03)
[4]功能化石墨烯的制备及应用研究进展[J]. 杨程,陈宇滨,田俊鹏,郝思嘉. 航空材料学报. 2016(03)
[5]船用铝合金在海洋环境中的腐蚀研究[J]. 侯健,张彭辉,郭为民. 装备环境工程. 2015(02)
[6]石墨烯在涂料领域中的应用[J]. 沈海斌,刘琼馨,瞿研. 涂料技术与文摘. 2014(08)
[7]氟化石墨烯能带中的对称分类研究[J]. 隋鹏飞,赵银昌,戴振宏. 大学物理. 2014(02)
[8]溶解氧浓度对船体钢在海水中腐蚀行为的影响[J]. 傅晓蕾,马力,闫永贵,孙好芬. 腐蚀与防护. 2010(12)
[9]海洋腐蚀环境下钢铁有机防护涂层的设计原则[J]. 夏兰廷,韦华. 太原重型机械学院学报. 2004(02)
[10]海洋环境砼结构中钢筋的腐蚀机理和防护实践[J]. 张文忠,马文田,石国彬,苏权科. 华南理工大学学报(自然科学版). 1999(11)
博士论文
[1]海水环境中带锈碳钢腐蚀电化学行为及相关参数的研究[D]. 彭欣.中国海洋大学 2013
[2]海洋环境下钢筋混凝土结构锈裂损伤评估研究[D]. 吴瑾.河海大学 2003
本文编号：3677385
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