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高斯在能源科学领域的应用
应用范例一:
在锂硫电池中,探索有效的策略来加速多硫化锂(LPSs)转化反应的缓慢动力学对于提高实际能量密度和寿命至关重要。本工作通过引入WS2作为载体来提高原始铁酞菁(FePc)催化剂的本征活性。
高斯软件的作用:
使用Gaussian软件进行结构优化,吉布斯自由能计算和电化学转化反应研究,以阐明改进的电化学性能的机理FePc@WS2。
图注:Optimized geometry structures and FePc@WS2 before and after Li2S4 adsorption 参考文献:
Tuning Fe-spin state of FeN4 structure by axial bonds as efficient catalyst in Li-S batteries. G. Qu et al. Energy Storage Materials, 2023, 55:490–497.
应用范例二:
随着目前石墨锂离子电池接近其理论能量密度极限,锂(Li)金属电池(LMBs)由于对高能量密度电池的迫切需求而引起了越来越多的关注。然而,锂金属和电解质之间的副反应以及不稳定或亚稳定的固体-电解质界面(SEI)的形成导致LMB的循环寿命和安全问题有限,这一直困扰着LMB的发展。本工作深入了解了锂盐的分子结构、物理化学性质和电化学性能之间的相互作用。
高斯软件的作用:
使用Gaussian软件研究了Li+和FEA阴离子之间的强Li–O配位能力和高结合能以获取有关LiFEA的Li-O配位的更多信息。
图注:Experimental and theoretical study on pseudo-crown ether-like folded structure of LiFEA 参考文献:
Designing an asymmetric ether-like lithium salt to enable fast-cycling high-energy lithium metal batteries. Xia Y. et al. Nature Energy, 2023, DOI: 10.1038/s41560-023-01282-z.
应用范例三:
在储能器件中,超级电容器以其高功率密度、优异的循环稳定性和高安全性等优点,近年来得到了广泛的研究。然而,这些超级电容器的低能量密度一直是其广泛应用的障碍。在这项工作中核壳PANI@NiSe2纳米管已通过通用自模板策略构建,并在超级电容器中表现出优异的性能。
高斯软件的作用:
使用Gaussian软件研究了C-Ni-Se桥键的电子漂移以及PANI@NiSe2的电极。
图注:The possible electron transport mechanism of PANI@NiSe2 and the DFT calculations of the transition-state energy 参考文献:
Insight into faradaic mechanism of polyaniline@NiSe2 core-shell nanotubes in high-performance supercapacitors. T. Hao et al. Energy Storage Materials, 2019, 23: 225–232.
应用范例四:
电化学二氧化碳还原反应(CO2 RR)为将温室气体转化为有价值的产品提供了一条潜在的途径,但该过程因其选择性差和效率低而备受困扰。本工作通过DFT来预测单个PANI和PPY中吡啶-N活性位点和石墨烯物种的形成能和化学势,以及聚(苯胺-共-吡咯)的杂化物(表示为PAPY)。
高斯软件的作用:
使用Gaussian软件揭示CO2RR (carbon dioxide reduction reaction) 活性,通过DFT来研究CO2转化为CO的机理。
图注:NPC1:0.5催化剂上的CO2RR过程 参考文献:
Constructing ample active sites in nitrogen-doped carbon materials for efficient electrocatalytic carbon dioxide reduction. Xingpu Wang, et al. Nano Energy, 2021, 90(Part A): 106541