| 致谢 | 第6-8页 |
| 摘要 | 第8-10页 |
| abstract | 第10-11页 |
| 1 绪论 | 第23-39页 |
| 1.1 燃料电池 | 第24-28页 |
| 1.1.1 燃料电池分类 | 第24-25页 |
| 1.1.2 燃料电池的工作原理 | 第25-26页 |
| 1.1.3 电催化氧还原反应 | 第26-28页 |
| 1.2 阴极氧还原催化剂的研究进展 | 第28-31页 |
| 1.2.1 贵金属铂（Pt）催化剂 | 第28页 |
| 1.2.2 铂（Pt）合金催化剂 | 第28-30页 |
| 1.2.3 过渡金属氧化物 | 第30页 |
| 1.2.4 过渡金属硫化物 | 第30-31页 |
| 1.3 石墨烯材料的研究进展 | 第31-32页 |
| 1.4 石墨烯基电催化剂的实验进展 | 第32-35页 |
| 1.4.1 氮（N）掺杂石墨烯催化剂 | 第32-33页 |
| 1.4.2 其他非金属掺杂石墨烯催化剂 | 第33-34页 |
| 1.4.3 非金属双掺石墨烯催化剂 | 第34-35页 |
| 1.4.4 非金属-过渡金属共掺石墨烯催化剂 | 第35页 |
| 1.5 石墨烯基电催化剂的理论研究 | 第35-37页 |
| 1.5.1 理论研究的优势 | 第35-36页 |
| 1.5.2 非金属掺杂石墨烯催化剂的理论研究 | 第36-37页 |
| 1.5.3 非金属-金属共掺石墨烯催化剂的理论研究 | 第37页 |
| 1.6 本论文工作简介 | 第37-39页 |
| 2 理论基础和相关软件 | 第39-53页 |
| 2.1 第一性原理计算在计算方法中的优势 | 第39页 |
| 2.2 第一性原理计算 | 第39-40页 |
| 2.3 BORN-OPPEENHEIMER近似 | 第40-41页 |
| 2.4 HARTREE-FOCK方法 | 第41页 |
| 2.5 密度泛函理论 | 第41-46页 |
| 2.5.1 Thomas-Fermi理论 | 第41-42页 |
| 2.5.2 Hohenberg-Kohn理论 | 第42页 |
| 2.5.3 Kohn-Sham方程 | 第42-43页 |
| 2.5.4 基函数和赝势的选取 | 第43-44页 |
| 2.5.5 交换关联势 | 第44-46页 |
| 2.5.5.1 局域密度近似 | 第45页 |
| 2.5.5.2 广义梯度近似 | 第45-46页 |
| 2.6 第一性原理的自洽计算流程 | 第46-47页 |
| 2.7 计算软件介绍 | 第47-53页 |
| 2.7.1 VASP简介 | 第47-49页 |
| 2.7.2 Materials Studio简介 | 第49页 |
| 2.7.3 VESTA简介 | 第49-50页 |
| 2.7.4 P4VASP简介 | 第50-51页 |
| 2.7.5 Origin简介 | 第51-52页 |
| 2.7.6 VMD简介 | 第52页 |
| 2.7.7 VideoMatch简介 | 第52-53页 |
| 3 非金属掺杂石墨烯的电催化氧还原活性与设计原则 | 第53-67页 |
| 3.1 引言 | 第53-54页 |
| 3.2 计算模型 | 第54-55页 |
| 3.3 计算方法 | 第55-56页 |
| 3.4 计算结果和讨论 | 第56-66页 |
| 3.4.1 非金属杂原子的选取与构型稳定性评价 | 第56-57页 |
| 3.4.2 掺杂石墨烯氧还原活性位点、反应路径和催化活性的研究 | 第57-61页 |
| 3.4.3 掺杂石墨烯氧还原活性描述参量与其内在物理机制的研究 | 第61-63页 |
| 3.4.4 氧还原活性描述参量在双掺石墨烯中的应用 | 第63-66页 |
| 3.5 本章小结 | 第66-67页 |
| 4 钴-氮共掺石墨烯的电催化活性与氧还原反应机理 | 第67-81页 |
| 4.1 引言 | 第67-68页 |
| 4.2 计算方法和模型 | 第68-69页 |
| 4.3 计算结果和讨论 | 第69-80页 |
| 4.3.1 掺杂结构与稳定性 | 第69-71页 |
| 4.3.2 氧还原反应路径和自由能相图 | 第71-76页 |
| 4.3.3 氧还原反应动力学研究 | 第76-77页 |
| 4.3.4 Co-N_4-G的高催化活性的内在机制 | 第77-80页 |
| 4.4 本章小结 | 第80-81页 |
| 5 铁-氮共掺石墨烯的氧还原路径与催化机理 | 第81-95页 |
| 5.1 引言 | 第81-82页 |
| 5.2 计算模型和方法 | 第82-83页 |
| 5.3 结果和讨论 | 第83-94页 |
| 5.3.1 掺杂结构的稳定性 | 第83-84页 |
| 5.3.2 氧分子活化的研究 | 第84-87页 |
| 5.3.3 其他含氧基团活化的研究 | 第87-89页 |
| 5.3.4 氧还原反应的动力学研究 | 第89-90页 |
| 5.3.5 氧还原反应路径的研究 | 第90-92页 |
| 5.3.6 氧还原电催化活性的研究 | 第92-94页 |
| 5.4 本章小结 | 第94-95页 |
| 6 总结与展望 | 第95-97页 |
| 6.1 论文总结 | 第95-96页 |
| 6.2 后续展望 | 第96-97页 |
| 参考文献 | 第97-108页 |
| 作者简历 | 第108-109页 |
