金属纳米颗粒/石墨烯异质结构电子态的量子调控及其催化性能研究

石墨烯材料是当前新材料研究中最为活跃的领域之一，它具有很多优异物理和化学性能。但基于石墨烯的催化剂方面还有很多基本问题未解决， 例如，金属纳米颗粒/石墨烯异质结是如何形成？金属原子或团簇是如何吸附或嵌入到石墨烯结构中？缺陷的稳定性如何？石墨烯中的碳原子是如何同杂质原子或团簇成键？它们之间的成键类型是什么？是否有很强的电荷转移？在反应过程中，催化剂的活性位置是哪些？反应物是如何吸附在催化剂表面并最终形成生成物？本项目将采用第一性原理方法研究金属纳米颗粒（例如金和铋）/石墨烯异质结构的原子、电子结构，石墨烯中缺陷（例如碳空位等）稳定性以及缺陷与金属颗粒之间的相互作用， 还研究金属纳米颗粒/石墨烯异质体系的催化活性，揭示影响催化活性的关键因素，为制备石墨烯基的新型催化剂提供理论指导。

石墨烯材料是当前新材料研究中最为活跃的领域之一，它具有很多优异物理和化学性能。但由于石墨烯这一领域的快速发展， 我们对研究计划做了略微调整, 从单纯对石墨烯的研究扩展到类石墨烯结构的研究。通过第一性原理计算， 我们发现羟基吸附的石墨烯和类石墨烯结构的六角二氧化钛的带隙都接近硅的带隙，这对控制石墨烯类结构的电子性质和光催化性能非常有利。另一方面我们研究了石墨烯的构成单元苯环和金属原子构成的三明治型一维纳米链在单晶硅表面自组装后的有趣电子性质，发现其电子结构和磁学性质对电场非常敏感，这为有效控制石墨烯的催化性能提供了一种可能。本项目也研究了ZnO的催化性能， 发现掺N后可大大改变其带边位置，提高其光分解水的性能。 由于本人初次主持项目， 在项目执行过程中也出现了一些偏差， 在今后的工作中将加以改正。