碳-氮基二维非金属材料的第一性原理研究的开题报告开题报告题目：碳-氮基二维非金属材料的第一性原理研究一、选题背景及意义随着科学技术和工业发展，环境污染问题已经成为一个全球性的问题。其中，对空气污染问题的关注度越来越高，因此开发具有更好催化性能的材料来清除大气污染物已成为了当前研究的热点之一。二维材料因其具有的高比表面积、可调控的结构和物理性质，被广泛应用于催化领域，其中碳基材料和氮基材料作为含有可调控性和环境友好性的新型材料，引起了广泛的研究兴趣。因此，本文将研究碳-氮基二维非金属材料，寻找其中的优质催化剂，从而提高催化活性。二、研究内容及方法本研究将从以下几方面进行研究：1.碳-氮基二维材料的结构、稳定性和电子性质的第一性原理计算。利用VASP软件，使用GGA-PW91交换相关函数进行计算，以研究碳-氮基材料的结构、稳定性和电子性质。2.吸附大气污染物的研究。通过第一性原理计算得到材料表面上的吸附能和活化能，从而也可计算出反应的动力学参数，进一步研究碳-氮基材料的吸附大气污染物的效率。3.设计并开发高性能的催化反应体系。基于计算结果，设计并开发高性能的催化反应体系来清除大气污染物，优化反应条件等并且探索了更为环保和高效的清除污染物的方法。三、预期成果及意义本研究将有望发掘出具有优质催化性能的碳-氮基二维非金属材料，使之能够在净化大气污染和节能环保等领域得到广泛应用。我们的研究成果不仅可以用于监测大气污染物的高效净化，而且可以为有机新材料和可持续化学工业的发展提供一定的理论参考。四、研究步骤1.文献调研：了解材料的研究现状以及相关知识。2.第一性原理计算：使用VASP软件，进行结构、能量和电子性质的计算，并进行稳定性和电子结构的分析。3.大气污染物的吸附研究：分别计算不同污染物在材料表面吸附时的吸附能，进而确定最佳吸附条件。4.催化体系的设计：根据材料吸附大气污染物的效果，设计筛选出优质催化反应体系，最终优化反应条件并探索更好的环保和节能方法。五、研究难点和解决方案1.基于第一性原理的计算方法，需要进行的计算量较大，需要使用目前计算最快的超级计算机。2.对材料的理解还需深化，对其催化性质提高需要实验室多方面学科的探索，并进行严格的理论和实验验证。六、预期时间节点调研与理论研究：2021年6月至2022年1月计算与分析：2022年2月至2022年5月催化反应体系的开发：2022年6月至2022年12月七、参考文献1.ZhaoX.,etal.2DCarbon-basedMaterialsforCatalysis:FundamentalsandApplications.AdvancedMaterialsInterfaces.2017,4(8),1600870.2.GaoG.,etal.Single-AtomCatalystsforCO2ElectroreductionwithSignificantActivityandSelectivityImprovements.NatureCommunications.2017,8,14503.3.QiaoS.,etal.UltrathinTwo-DimensionalLayeredMetalHydroxidesforHighlyEfficientWaterSplitting.AdvancedMaterials.2014,26(23),3999-4003.