海洋腐蚀是一种缓慢的化学过程,是一种自然现象。金属材料与氧和水相互作用,导致它们自身的低效和破坏。由于海水侵蚀,船和厂房设备受损,日常生活和生产遭受严重损失。现阶段防止海洋腐蚀的方法主要是是在金属表面涂上有机保护膜,避免金属与环境中的腐蚀性介质直接接触,降低金属在环境中的风险和金属的化学或电化学反应。然而,许多传统防腐材料不仅消耗了大量的不可再生能源,而且对社会经济的可持续发展产生了严重的不利影响。因此,在海洋防腐领域,对环境无害、屏蔽性能好的材料的研究是一个热点问题。本论文利用密度泛函理论对石墨烯在海洋环境下的抗氧化腐蚀进行了模拟计算,利用VASP软件,明确了O在石墨烯和缺陷石墨烯上的吸附和扩散机理,以及在海洋等含氯环境下对O的吸附和扩散的影响,通过差分电荷密度、态密度、能带结构、扩散能量势垒等一系列理论分析手段,提出氟化石墨烯和非金属元素掺杂的空位缺陷石墨烯能够有效抑制氧的扩散,从而提升石墨烯的抗氧化腐蚀性能。本论文从以下几个方面进行阐述:1、模拟计算了O在本征石墨烯上和空位缺陷石墨烯的吸附和扩散,并添加了Cl原子的吸附以模拟海洋环境下对O的吸附和扩散就的影响,相比于没有Cl的情况下,扩散势垒降低了0.44 eV,并且体系总能量下降了0.2 eV。通过能带结构、态密度和扩散能量势垒分析发现,吸附的Cl原子破坏了石墨烯sp~2结构的完整性,从而大大提高了O原子的扩散速率。表明Cl原子促进了O原子的吸附和扩散,对石墨烯在海洋防腐中是不利因素。2、在上一研究内容的基础上,提出了氟化石墨烯可以增加O原子的扩散势垒,发现O在氟化石墨烯上的扩散势垒增大了0.13 eV,并且体系总能量没有下降。在含氯的情况下,O在氟化石墨烯上的扩散势垒增大了0.61 eV。并通过分析差分电荷密度、能带结构等明确了含氯情况下,氟化石墨烯抗氧化腐蚀的机理。这些结果为氟化石墨烯作为一种潜在的海洋或海洋防腐材料的应用提供了理论依据。3、通过第一性原理模拟计算了O在P、B或Si掺杂石墨烯上的扩散势垒,发现P掺杂石墨烯空位能最有效地增加氧的扩散势垒。结合Bader电荷和差分电荷密度,分析了O,Cl和掺杂原子的键合特性。吸附能表明,掺杂P、Si或B原子对氧原子有较强的束缚作用,从而抑制了氧的扩散速率。特别是B掺杂石墨烯具有最高的扩散势垒,能最有效地抑制O的扩散,表明它能在海洋和沿海等海洋环境中提供最有效的氧化腐蚀防护。