单层MoS_2吸附X_3(X=Cu,Ag,Au)团簇电子结构的第一性原理计算

本文基于第一性原理方法采用密度泛函理论研究了单层MoS_2吸附Cu_3,Ag_3,Au_3团簇的稳定性、能带结构和态密度.通过研究发现单层MoS_2在S位吸附Cu_3,Ag_3,Au_3团簇稳定性强于在Mo位吸附;Cu_3,Ag_3,Au_3团簇在单层MoS_2表面吸附产生3条杂质能级,分别是Cu、Ag、Au原子与S形成共价键下的形成了施主能级与受主能级;Cu,Ag、Au拥有良好的金属性致使单层MoS_2向导体转变.吸附体系的态密度在低能区主要来源于S的3s、Mo的5s以及Cu、Ag、Au的3d、4d、5d轨道的贡献;能量值在-7.5eV~-1eV范围内Cu、Ag、Au的d轨道与S的p发生杂化,形成了较高的态密度峰值.费米能附近的电荷分布主要于Mo-S、Cu-S、Ag-S、Au-S的成键方向.     

缺陷对单层MoS_2电子结构的影响

为了研究缺陷对单层MoS_2的电子结构,本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理,采用数值基组的方法计算了MoS_2的Mo位缺陷、S位缺陷的能带结构和态密度.结果发现:Mo位缺陷、S位缺陷的MoS_2的能带结构中的价带顶与导带底都在Q点,为直接带隙材料;其中Mo位缺陷体的禁带区域都出现5条新能级,S位缺陷体的禁带区域出现了3条新能级;缺陷体能带结构的能量下降与体系中未成键的电子有关.对于态密度而言,Mo位缺陷体的费米能级处出现了峰值,表明Mo位缺陷会对其光电性质带来影响.同时分析电荷分布发现,Mo缺陷周围存在着负电荷聚集的现象,S缺陷周围存在正电荷聚集的现象.     

Co对单层MoS_2电子结构与磁性的影响

为了研究Co对单层MoS_2电子结构和磁性的影响,本文基于第一性原理,采用数值基组的方法计算了Co吸附式掺杂、Co替代式掺杂单层MoS_2的能带结构、态密度以及分析了其结构的稳定性.结果发现:Co替换式掺杂体系的形成能较低,实验上容易实现;Co在Mo位吸附的稳定性强于在S位吸附;Mo位吸附体系的总磁矩为0.999μB,其磁矩的主要来源于Co原子的吸附所贡献的0.984μB,Co原子的掺杂体系总磁矩为1.029μB,其磁矩的主要由Co原子替代掉一个Mo原子所贡献的磁矩为0.9444μB,相比于吸附体系,Co原子对磁矩的贡献率有所降低;无论是Co吸附在单层MoS_2表面还是Co直接替代掉Mo原子的掺杂体系,Co原子3d轨道的引入是引起单层MoS_2体系磁性的主要原因.     

金属团簇在单晶表面的稳定性和扩散行为的Monte Carlo研究

采用MonteCarlo方法,研究了正二十面体结构的Cu、Ni、Pd和Pt等金属团簇在Pd(001)表面的稳定性和扩散行为.研究表明,载体对负载型金属团簇的稳定性和扩散性质有明显的影响.由于载体表面和金属团簇的振动偶合,金属团簇结构变化的温度要低于自由团簇的结构转化温度.负载型金属团簇的稳定性不仅取决于团簇内部原子之间的相互作用而且取决于团簇与载体之间的相互作用.对金属团簇扩散的研究表明,金属团簇的扩散常数与单金属原子的扩散常数相差不大,通过比较金属团簇的结构变化温度和扩散常数发现,团簇的稳定性和扩散行为有密切的联系.     

缺陷对单层MoS2电子结构的影响

为了研究缺陷对单层MoS2的电子结构, 本文基于密度泛函理论框架下的第一性原理, 采用数值基组的方法计算了MoS2的Mo位缺陷、S位缺陷的能带结构和态密度.结果发现：Mo位缺陷、S位缺陷的MoS2的能带结构中的价带顶与导带底都在Q点, 为直接带隙材料; 其中Mo位缺陷体的禁带区域都出现5条新能级, S位缺陷体的禁带区域出现了3条新能级; 缺陷体能带结构的能量下降与体系中未成键的电子有关.对于态密度而言, Mo位缺陷体的费米能级处出现了峰值, 表明Mo位缺陷会对其光电性质带来影响.同时分析电荷分布发现, Mo缺陷周围存在着负电荷聚集的现象, S缺陷周围存在正电荷聚集的现象.     

H,Cl和F原子钝化Cu_2ZnSnS_4(112)表面态的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统研究了Cu_2ZnSnS_4体相的晶格结构、能带、态密度及表面重构与H,Cl和F原子在Cu_2ZnSnS_4(112)表面上的吸附和钝化机理.计算结果表明:表面重构出现在以金属原子Cu-Zn-Sn终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上,并且表面重构使表面发生自钝化;当单个H,Cl或F原子吸附在S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面上时,相比于桥位(bridge)、六方密排(hcp)位和面心立方(fcc)位点,三种原子均在特定的顶位(top)吸附位点表现出最佳稳定性.当覆盖度为0.5 ML时,无论H,Cl还是F原子占据Cu_2ZnSnS_4(112)表面的2个顶位均具有最低的吸附能.以S原子终止的Cu_2ZnSnS_4(112)表面在费米能级附近的电子态主要由价带顶部Cu-3d轨道和S-3p轨道电子贡献,此即表面态.当H,Cl或F原子在表面的覆盖度达0.5 ML时,费米能级附近的表面态降低,其中H原子钝化表面态的效果最佳,Cl原子的效果次之,F原子的效果最差.表面态降低的主要原因在于吸附原子从S原子获得电子致使表面Cu原子和S原子在费米能级处的态密度峰几乎完全消失.     

Na、 Be、 Mg掺杂单层MoS_2的第一性原理研究

本文基于第一性原理研究了Na、 Be、 Mg掺杂单层MoS_2的稳定性、能带结构、态密度以及电荷分布.得到Be掺杂单层MoS_2体系在实验上较容易实现,在三者掺杂体系中稳定性最强.与此同时,掺杂体系的带隙值都降低,有利于电子的跃迁,增强了导电性能;掺杂原子打破了原体系的平衡关系,导致周边S原子p轨道上的多余的电子会与近邻Mo原子d轨道上的电子产生相互作用;平衡的打破,也导致了杂质原子周围存在着电荷聚集和损失的现象.     

石墨烯吸附Li团簇的第一性原理计算

构建了单层六方石墨烯超晶胞结构,以吸附不同尺寸的Li团簇,Li:C摩尔比例皆为1:6.采用基于密度泛函理论的第一性原理,计算了其态密度、差分电荷密度、能带,分析了Li团簇与石墨烯吸附前后的电荷分布情况及Li-C成键类型,二者之间的电荷分布决定了两者的相互作用.使用热力学的方法及成核机制进行分析,得出成核的可能性与团簇尺寸的关系,研究了一定浓度下的锂在石墨烯上的成核问题.相应的计算结果有助于理论上深入理解锂电池储能机理.     

双金属团簇Cu12Fe吸附CO和H2的理论研究

基于第一性原理密度泛函理论(DFT)方法研究了Cu₁₂Fe团簇的结构稳定性、热力学稳定性和反应活性.计算得出正二十面体Fe原子核心团簇Ih-core比正二十面体Fe原子壳层团簇Ih-shell的热力学稳定性更强.通过分析吸附能讨论了CO和H₂在Ih-core团簇上的吸附构型.计算结果表明,Ih-core团簇以顶角Corner位吸附CO时吸附能最大,吸附模型最稳定,H₂吸附过程中发生了解离,两个氢原子均形成表面Facet位吸附构型.最后,通过分析前线轨道得到吸附过程的轨道信息.     

Wn (n= 1–6)团簇吸附CO的密度泛函研究

采用密度泛函理论(density functional theory, DFT) 在B3LYP/LANL2DZ基组水平上对钨团簇吸附CO分子进行了系统研究. 结果表明, W_nCO团簇的基态结构是在W_n团簇中性或阴离子基态结构的基础上吸附CO生长而成; CO的吸附以端位吸附为主,桥位吸附为辅; CO分子在W_n团簇表面发生的是非解离性吸附. 与优化的CO键长(0.116 nm)相比,吸附后C-O键长变长(0.120–0.123 nm), 表明吸附后C-O键被削弱, CO分子被活化了.稳定性分析表明,在所研究的团簇中, W₃CO和W₅CO团簇的稳定性较强;自然键轨道(NBO)分析表明, W原子与CO分子相互作用的本质是CO分子内的杂化轨道与W原子6s, 5d, 6p和6d轨道相互作用的结果. 关键词： nCO (n= 1–6)团簇')" href="#">W_nCO (n= 1–6)团簇 基态构型 稳定性 电子性质     

过渡金属原子掺杂对单层MoS_2磁性的影响

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法分别计算了本征及过渡金属掺杂单层MoS_2的晶格参数、电子结构和磁性性质.计算结果显示,过渡金属掺杂所引起的晶格畸变与杂质原子的共价半径有联系,但并不完全取决于共价半径的大小.分析电子结构可以看到,VIIB、VIII和IB族杂质中除Ag和Re外的掺杂体系都对外显示磁性,磁矩主要集中在掺杂的过渡金属原子上.掺杂体系的禁带区域都出现了数目不等的杂质能级,这些杂质能级主要由杂质的d、S的3p和Mo的4d轨道组成.     

点缺陷对单层MoS2电子结构及光学性质的影响研究

采用基于第一性原理的贋势平面波方法,对不同类型点缺陷单层MoS2电子结构、能带结构、态密度和光学性质进行计算。计算结果表明：单层MoS2属于直接带隙半导体,禁带宽度为1.749ev,V-Mo缺陷的存在使得MoS2转化为间接带隙Eg=0.671eV的p型半导体,V-S缺陷MoS2的带隙变窄为Eg=0.974eV,S-Mo缺陷的存在使得MoS2转化为间接带隙Eg=0.482eV; Mo-S缺陷形成Eg=0.969eV直接带隙半导体,费米能级上移靠近价带。 费米能级附近的电子态密度主要由Mo的4d态和s的3p态电子贡献。光学性质计算表明：空位缺陷对MoS2的光学性质影响最为显著,可以增大MoS2的静态介电常数、折射率n0和反射率,降低吸收系数和能量损失。     

V掺杂二维MoS_2体系气体吸附性能的第一性原理研究

以芥子气和沙林为代表的毒剂具有毒性强、扩散快的特点,是一类杀伤力强、难以防护的化学战剂,对其快速高效检测是一项具有挑战性的课题.本文基于第一性原理计算方法研究了V掺杂对二维MoS_2气敏性能影响的机理,发现V原子向二维MoS_2的掺杂过程为自发的放热反应, V原子可以稳定掺杂于二维MoS_2超胞结构中的S空位上.掺杂进入二维MoS_2体系的V原子作为施主中心向周围Mo原子给出电子,从而提高了材料的导电能力.吸附能、吸附距离和吸附过程中的电子转移计算结果表明V的掺杂提高了二维MoS_2对气体分子的吸附能力,增强了吸附质分子与基底表面的电子相互作用,从而提高了二维MoS_2的气敏性能.     

Prediction of two-dimensional monochalcogenides: MoS and WS

Using density functional theory, we explore the possibility of two monolayer monochalcogenides, namely, MoS and WS. From the energetics, buckled and puckered structures are found to be more probable configurations. Our results on cohesive energy and phonon dispersion predict that the buckled structures of both MoS and WS are stable. On the other hand, while the puckered structure of WS clearly shows a dynamical instability, the same for MoS may have a stable configuration. Charge analyses predict ionic-like bonding in these systems. Density of states and band structure reveal a non-magnetic metallic nature for MoS in the stable configurations. However, for the buckled WS, our study predicts a non-magnetic semi-metallic nature. Further, semi-metal to indirect semiconductor transition has been observed for tensile strain of 5%, 6% and 8%.     

N_2在单原子催化剂Ir/MoS_2表面上吸附的第一性原理研究

利用密度泛函理论,在slab模型下,研究N_2在单原子催化剂Ir_1/MoS_2上的吸附行为,结果表明,N_2的优势吸附位为Ir原子的顶位,构型为垂直向下,吸附能达到1.57 eV,是化学吸附.电子结构说明主要是吸附N原子的2Pz轨道在Z方向上与Ir的5d_z~2、5d_(xz)、5d_(yz)、6P_z混合得以使N_2稳定吸附在Ir原子上.     

基于密度泛函理论研究掺杂Pd石墨烯吸附O2及CO

基于第一性原理的密度泛函理论研究了单个O₂和CO气体分子吸附于本征石墨烯和掺杂钯(Pd)的石墨烯的体系, 通过石墨烯掺Pd前后气体分子的吸附能、电荷转移及能带和态密度的计算, 发现掺Pd后气体分子吸附能和电荷转移显著增大, 这是由于Pd的掺杂, 在本征石墨烯能带中引入了杂质能级, 增强了石墨烯和吸附气体分子间的相互作用; 氧化性气体O₂和还原性气体CO吸附对石墨烯体系能带结构和态密度的影响明显不同, 本征石墨烯吸附O₂后, 费米能级附近态密度变大, 掺Pd后在一定程度变小; 吸附还原性的CO后, 石墨烯费米能级附近态密度几乎没有改变, 表明掺杂Pd不会影响石墨烯对CO的气体灵敏度, 但由于CO对石墨烯的吸附能增大, 可以提高石墨烯对还原性气体的气敏响应速度.     

扭转形变对石墨烯吸附O原子电学和光学性质影响的电子理论研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了扭转形变对石墨烯吸附O体系结构稳定性、电子结构和光学性质,包括吸附能、带隙、吸收系数及反射率的影响.研究发现,吸附O原子后,距O原子最近的C原子被拔起,导致石墨烯平面发生扭曲.吸附能计算表明,扭转形变使石墨烯吸附O原子体系结构稳定性下降,而扭转程度对结构稳定性影响微弱.能带结构分析发现,O原子的吸附使石墨烯由金属变成半导体,扭转形变发生时,可实现其从半导体到金属、再到半导体特性的转变.扭转角为12°的吸附O原子体系为间接带隙,而其他出现带隙的体系均为直接带隙.与本征石墨烯受扭体系相比,吸附O原子体系的电子结构对扭转形变的敏感度降低,其中扭转角在10°—16°范围内变化时,带隙始终稳定在0.11 eV附近,即在此扭转角范围内始终对应窄带隙半导体.在光学性能中,受扭转形变的吸附体系吸收系数和反射率峰值较未受扭转形变石墨烯吸附O原子体系均减弱,且随着扭转程度的加剧,均出现红移到蓝移的转变.