conclusion, our results indicate that the  Au doped  graphene  catalysts have  great potential as future   fuel  cell  cathode catalysts。

Keywords: density functional theory; oxygen reduction reaction; proton exchange  membrane   fuel  cell; graphene

目 录

第一章 绪论 1

1。1 引言 1

1。1。1 燃料电池的简介 1

1。2 质子交换膜燃料电池（PEMFC） 3

1。2。1 PEMFC 基本工作原理 4

1。2。2 PEMFC 发展历史和国内外研究现状 5

1。2。3 PEMFC 催化剂简介 6

1。3 石墨烯 7

1。3。1 石墨烯在燃料电池中的应用 8

1。4 本文的研究内容 9

第二章 计算方法与建模 10

2。1 密度泛函理论 10

2。2 Materials Studio 软件 11

2。3 建模过程 12

第三章 结果与讨论 19

3。1 反应中间产物的吸附 19

3。2 能量分析 26

3。3 数据分析与解释 33

结 论 37

致 谢 38

参 考 文 献 39

第一章 绪论

1。1 引言

能源是社会发展的物质基础。自十八世纪六十年代的工业以来，传统能源如 煤、石油、天然气等被广泛利用，推动了世界经济的飞速发展，提高了人类的生活质 量，促进了社会文明的进步。化石燃料是由数百万年前的动植物沉淀成化石演化而来 的。据科学家估测，由植物演变到无烟煤大约需要 3 亿年，由古代海洋的动植物和沙 泥演变成石油和天然气大约需要 2。5~5 亿年。根据数据显示，全球已探明煤炭储量预 计还可开采 200 年；已探明的石油储量预计可开采30~40 年；已探明的天然气储量预 计可开采 60 年。据估计，目前世界上的化石燃料最终可采量相当于 33730 亿吨原煤， 然而世界能耗正以每年 5%的速度增长，预计人类还可以使用 100~200 百年。随着化 石燃料的逐步消耗，新能源的研发还没有取得很大的进展，目前世界正处于“青黄不 接”的能源低谷时期。

与此同时，化石能源的使用会增加大量的温室气体 CO2，以及可能产生一些污染 空气的烟气，其中包括 CO、NOX 和 SOX 等。随着世界经济持续飞速发展，出现了能 源短缺、生态恶化、环境污染等一系列问题，能源的供需矛盾逐渐突出。能源危机是我们终将要面对的问题。因此，调整能源结构，开发清洁能源，降低碳排放已经势在 必行。

新型的清洁能源不仅对环境污染较小，而且绝大多数是可再生能源，有利于优化 地球生态环境，缓解各国能源需求压力。国际能源界认为氢能将成为本世纪运用最广 泛的能源之一，因此燃料电池受到科学家和投资者的高度关注。燃料电池作为新型的 替代型能源，已经运用于航空航天和军事等高技术领域。由于燃料电池的生产成本过 高，严重影响了其商业化的发展。科学们一直致力于研究和开发廉价高效的材料以运 用于燃料电池中。