Li吸附对石墨烯、BC5、C5N电学性质影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,对Li在本征石墨烯和BC5,C5N表面最稳定位置的吸附进行了结构优化,计算了本征石墨烯及BC5,C5N吸附Li前后的能带结构,态密度,电荷转移,差分电荷密度和结合能.计算结果表明,B掺杂浓度为16.67;(原子分数)时可显著提高石墨烯的Li吸附能,N掺杂浓度为16.67;(原子分数)时减弱了石墨烯的Li吸附能.吸附Li 后的graphene-Li、BC5-Li 和C5N-Li 体系均显示出金属性,巨Li 与石墨烯、BC5和C5N体系间存在离子键和共价键的混合.     

Li在石墨烯、BC7及C7N表面吸附与迁移的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文系统研究了Li在本征石墨烯及BC7、C7N表面的吸附和迁移行为。与本征石墨烯相比,硼含量为12.5at%时提高了Li的吸附能,而氮含量为12.5at%时减弱了Li的吸附能,这归因于掺杂物种具有不同的电子结构。通过NEB方法计算了Li在本征石墨烯、BC7、C7N表面的迁移。结果表明,相比于本征石墨烯,硼含量为12.5at%的石墨烯减弱了Li的扩散,而氮含量为12.5at%的石墨烯促进了Li的扩散,有助于提高石墨烯负极材料的充放电性能。     

Li吸附对石墨烯、BC_5、C_5N电学性质影响的第一性原理研究（英文）

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,对Li在本征石墨烯和BC_5,C_5N表面最稳定位置的吸附进行了结构优化,计算了本征石墨烯及BC_5,C_5N吸附Li前后的能带结构,态密度,电荷转移,差分电荷密度和结合能。计算结果表明,B掺杂浓度为16. 67%(原子分数)时可显著提高石墨烯的Li吸附能,N掺杂浓度为16. 67%(原子分数)时减弱了石墨烯的Li吸附能。吸附Li后的graphene-Li、BC_5-Li和C_5N-Li体系均显示出金属性,且Li与石墨烯、BC_5和C_5N体系间存在离子键和共价键的混合。     

基于密度泛函理论研究掺杂石墨烯对CO分子吸附性能

基于密度泛函理论研究了CO分子在过渡金属掺杂的石墨烯体系上的吸附性能.考虑了三种吸附构型,优化后获得了稳定的吸附结构.发现,CO分子中的C原子靠近吸附点时,吸附作用较大.比较分析了掺杂不同4d过渡金属元素吸附体系的吸附能、电荷转移及能带结构的变化.过渡金属掺杂可明显提高石墨烯吸附CO气体分子的灵敏性,其中,Mo掺杂石墨烯对CO的吸附效果最好,且吸附后能带结构由金属变为半导体特性.此外,通过分析可知掺杂石墨烯的吸附机制是电荷转移,吸附前后掺杂原子上电荷转移量的变化基本反映了体系的吸附性能.这项研究可以为石墨烯体CO气体传感器的研发提供理论参考.     

掺P石墨烯结构和电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理,在广义梯度近似下,本文研究本征石墨烯和掺杂不同浓度P的石墨烯结构和电子性质并发现本征石墨烯禁带宽度为零;对于P∶C掺杂比分别为1∶17、1∶7、1∶1的石墨烯,其P-C键长由0.142nm的C-C键分别增大为0.1629 nm、0.1625 nm、0.1751 nm,其对应带隙分别由零带隙变为0.28 eV、0.44 eV、1.21eV:费米能级逐渐下降.分析分波态密度后发现,在掺P石墨烯中主要为P原子的3p态电子影响其总态密度.     

4d过渡金属掺杂石墨烯体系对NO2分子的吸附

基于第一性原理的密度泛函理论对NO2分子吸附在4d过渡金属掺杂的石墨烯体系进行了研究.发现Cd原子价电子构型为4d105s2,形成饱和结构,不容易掺入石墨烯体系.调查了三种NO2分子的吸附情况,分别是N原子、一个O原子、两个O原子靠近石墨烯体系吸附点.通过能量优化获得最稳定的吸附构型.通过吸附能、电荷转移等数据研究了各吸附构型对NO2的吸附情况.纯的石墨烯体系对NO2分子的吸附较弱,吸附能小于0.2 eV,而4d掺杂可以明显提高吸附体系的吸附性能,多数吸附能超过了2 eV.其中掺Nb原子对NO2吸附效果最好,且吸附构型较稳定,吸附能为3.686 eV.此外,通过比较吸附前后带隙的变化,可发现掺Zr原子,石墨烯体系由半导体转变为金属,而掺Nb原子,石墨烯体系由金属转变为半导体.     

缺陷双层石墨烯吸附碱金属原子的第一性原理研究

采用基于密度泛函的色散修正方法研究了Li、Na、K、Rb吸附在单空位缺陷(SV)双层石墨烯(BLG)表面的体系,对吸附体系的晶体结构、吸附能、电荷转移、扩散行为和电子结构进行了计算和分析.结果表明,碱金属原子更容易吸附在缺陷区域空位上方;使BLG平均层间距减少了0.0100～0.0137 nm;吸附体系的Bader电荷、电荷密度差分和电子结构的计算结果表明,碱金属原子与BLG之间结合属于离子键.通过计算扩散能垒发现,脱离缺陷所需激活能比朝向缺陷扩散的能垒大0.300～0.640 eV,表明SV缺陷能够捕获Li、Na、K、Rb原子.     

Li-N共掺ZnO纳米管的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的计算方法,系列的研究了锯齿型(9,0) ZnO单壁纳米管、Li,N分别掺杂以及Li-2N共掺杂的ZnO纳米管的能带结构、总体态密度、分波态密度.分析发现虽然Li原子单独掺杂不会对纳米管能带结构产生明显影响,但是Li-2N共掺杂比N单独掺杂ZnO纳米管的结构更加稳定,而且Li-2N共掺杂ZnO纳米管是p型简并半导体.     

扶手椅型石墨烯纳米带吸附镍、铜原子链的电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了扶手椅型石墨烯纳米带吸附3d过渡金属磁性Ni和非磁性Cu单原子链的结构、电子性质和磁性.吸附体系经过弛豫后,不同宽度纳米带吸附单原子链的稳定结构是不同的.Ni比Cu原子链在石墨烯纳米带表面的吸附更为稳定.原子链吸附在纳米带的边缘洞位(即5AG-1、6AG-1和7AG-1位置)时较为稳定,且稳定程度随着纳米带宽度的增加而增加.原子链和石墨烯纳米带的相互作用使得Ni单原子链吸附体系的磁矩为零.Cu原子链吸附5AG-1的复合体系具有磁性.Ni原子链的吸附体系呈现出带隙较小的半导体性质,而Cu原子链的吸附体系全都表现出金属性质.     

基于第一性原理对硅取代、掺杂锯齿形石墨烯纳米带的电子结构及输运性质的研究

本文基于第一性原理对硅取代、掺杂石墨烯纳米带不同位置的电子能带结构、态密度及电子器件的电子输运性质进行了分析与研究.结果表明,锯齿形石墨烯纳米带(ZGNRs)在硅原子取代及掺杂后由原来的半导体态转变为金属态.在各种模型中,对于体系态密度有贡献的一般为原子指数为1、在p轨道的硅原子(Si1p);原子指数为2、在p轨道的硅原子(Si2p)和碳原子(C2p);少量的原子指数为1、在s轨道的氢原子(H1s)和碳原子(C1s).经分析,在各取代位置中两端硅原子取代的锯齿形石墨烯纳米带的体系能量最小,表明其为最有可能发生的取代位置.在掺杂位置中,体系能量计算结果显示填隙硅原子的能量更低,最有可能发生此种掺杂.电子输运性质的研究中,在所有的取代位置中单边硅原子取代组成的电子器件电子输运性质最好.在所有电子器件模型中电子输运性质最好的是填隙硅原子掺杂模型.     

锑烯表面碱金属原子吸附和扩散行为研究

锑烯是一种新兴的具有多种新奇特性的二维材料.本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,主要研究了Li、Na、K原子在锑烯表面的吸附和扩散行为.结果显示,Li、Na、K原子在锑烯表面吸附时,具有较大的吸附能,分别为-2.36 eV,-1.84 eV和-1.60 eV.通过引入垂直于衬底指向吸附原子的外电场,发现它们的吸附能和转移电荷都随着外加电场的增加而增加,其中对K原子的吸附能和转移电荷影响最显著.采用Climbing Image-NudgedElastic Band (CI-NEB)的方法研究得出Li、Na和K在锑烯表面的扩散行为都具有较小的扩散势垒,其中Li为0.09eV,Na为0.08 eV,而K仅有0.04 eV,这有利于碱金属原子在锑烯表面的扩散.研究结果为进一步了解锑烯的性质和应用推广提供了基础理论支持.     

不同位置Mg掺杂ZnO电荷转移和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论计算了本征氧化锌、6.25%Mg以及同位、邻位、间位12.5%Mg原子掺杂氧化锌晶体的几何结构、原子轨道电子布居、静电势和电子结构特征;探究了Mg原子掺杂对氧化锌能带结构、态密度以及对应的光学性质和电学性质的影响。结果表明Mg掺杂会导致氧化锌晶体的晶格体积变大,载流子迁移率降低和吸收边蓝移;邻位双原子掺杂(ZnO+2Mg-ac、ZnO+2Mg-ad)可以显著降低氧化锌的光吸收系数和反射率,提升对太阳光的透过率;Mg掺杂氧化锌晶体适用于制作高质量光学透射膜。     

Ca修饰石墨烯储氢性能的第一性原理研究

使用基于密度泛函理论的DMol3程序包,研究了纯石墨烯和5种不同结构Ca修饰石墨烯的几何结构、电子结构和储氢性能.结果表明:Ca原子不同位置吸附对石墨烯结构影响微弱;随Ca原子周围氢分子吸附数目增加,费米能级处电子态密度值增大,氢分子平均吸附能减小;单Ca修饰石墨烯能稳定吸附6个氢分子,吸附能为0.635eV,储氢密度为2.77wt;;双Ca修饰石墨烯结构Ⅲ和Ⅳ的氢平均吸附能最高,分别达到0.789 eV和0.733 eV,其储氢密度为4.95wt;.     

稀土金属Y掺杂锐钛矿TiO2(101)表面的改性

为了掌握Y原子掺杂在锐钛矿TiO₂(101)表面的稳定吸附位置和电子结构变化,提高其表面光催化活性,本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Y原子掺杂在完美的、带有亚表层氧空位和带有表层氧空位的锐钛矿TiO₂(101)表面的结构稳定性和电子性能。结构优化和电荷密度结果表明,Y原子可以稳定吸附在三种不同的表面上。在完美表面吸附时,Y原子最稳定的吸附位置是两个三配位O原子之间的空位;与完美表面类似,在带有亚表层氧空位表面吸附时,Y原子最稳定吸附位置是与氧空位邻近的两个三配位O原子之间的空位;而在带有表层氧空位表面吸附时,Y原子则停留于氧空位邻近的四配位Ti原子位置上最稳定。电荷密度计算结果也表明Y原子与这三种表面结合非常稳固。电子态密度计算结果表明,在带有表层氧空位的锐钛矿TiO₂(101)表面引入Y原子会在费米面附近的带隙中引入缺陷态,带隙从1.67 eV降至1.44 eV,这有可能引起电子的分级跃迁,提高表面光催化能力。本文的研究为利用单原子Y掺杂提高TiO₂(101)表面光催化能力提供了理论...     

Y掺杂WS2二维材料的第一性原理研究

WS₂由于其优异的物理和光电性质引起了广泛关注。本研究基于第一性原理计算方法,探索了本征单层WS₂及不同浓度W原子替位钇(Y)掺杂WS₂的电子结构和光学特性。结果表明本征单层WS₂为带隙1.814 eV的直接带隙半导体。进行4%浓度(原子数分数)的Y原子掺杂后,带隙减小为1.508 eV,依旧保持着直接带隙的特性,随着Y掺杂浓度的不断增大,掺杂WS₂带隙进一步减小,当浓度达到25%时,能带结构转变为0.658 eV的间接带隙,WS₂表现出磁性。适量浓度的掺杂可以提高材料的导电性能,且掺杂浓度增大时,体系依旧保持着透明性并且在红外光和可见光区对光子的吸收能力、材料的介电性能都有着显著提高。本文为WS₂二维材料相关光电器件的研究提供了理论依据。     

化学掺杂Armchair石墨纳米带的第一性原理研究

本文利用第一性原理研究了化学掺杂(N和B)对Armchair石墨纳米带(AGNR)电子性质的影响.结果发现:N和B原子有不同的最佳掺杂位置,掺杂使AGNR分别成为n型或P型半导体.纳米带宽度不同时,掺杂对AGNR电子结构如能级、能隙、轨道分布等有不同影响.     

C、N、F掺杂对VO2电子结构影响的研究

二氧化钒(VO₂)是一种热至变色材料,在临界温度340 K有金属-半导体相变.第一性原理计算结果发现:C、N、F元素以1.56;、3.13;、4.69;的原子浓度掺杂M1相VO₂的带隙Eg1降低到0.349～0.612 eV,其中氮元素以4.69;的浓度掺杂VO₂的带隙Eg1最小(0.349 eV).在C、N、F掺杂M1相VO₂体系中,3.13;的N掺杂可以有效降低相变温度,并且对可见光透过率影响不大,所以3.13;的N原子掺杂VO₂可以在实际中应用.     

Ru掺杂MoS2对SO2F2和H2S气体吸附的第一性原理研究

本文基于第一性原理探讨了Ru掺杂的单层MoS₂(Ru-MoS₂)的结构及其对SF₆绝缘设备中的两种主要分解气体SO₂F₂和H₂S的传感和吸附行为。Ru原子进入硫空位从而产生Ru-MoS₂,结果表明，Ru-MoS₂对SO₂F₂和H₂S气体的吸附能(E_ad)分别为-1.52和-2.11 eV,属于化学吸附。通过能带分析(BS)和态密度(DOS)分析进一步证明了两个体系的吸附性能，并阐述了Ru-MoS₂用于电阻式气体传感器时的气体吸附传感机制。除此之外，本文在理论上探索了不同温度下Ru-MoS₂解吸附SO₂F₂和H₂S的恢复时间，在598 K温度下，SO₂F₂吸附体系的恢复时间为6...     

硼掺杂和氮掺杂金刚石的吸附生长过程研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,探究了化学气相沉积硼掺杂和氮掺杂金刚石的吸附生长过程:建立了一端为氢终止表面的金刚石基底模型以及单个氮取代或单个硼取代的掺杂金刚石基底模型,并计算这些模型的最优稳定结构;研究了不同碳氢基团(C、CH、CH2、CH3)、硼氢基团(B、BH、BH2)和氮氢基团(N、NH、NH2)在有活性位点的不同基底上的吸附过程和吸附难易程度.对比计算结果表明:硼原子和氮原子能通过原位取代的方式掺杂进入金刚石晶格中,并且带有两个氢的基团(BH2、NH2)是最有利的掺杂基团;氮原子通过取代进入金刚石晶格中后,难以形成氮二聚体,不能大量掺杂,而硼原子较易形成硼二聚体,可以实现大量掺杂.     

基于第一性原理与BP神经网络的V掺杂TiO2光电性质研究

通过采用密度泛函理论第一性原理计算,主要研究不同浓度下V掺杂TiO2的结构、能带、电导率、反射和吸收率的变化.建立本征TiO2和VxTi1-xO2(x=0.0625,0.125,0.1875)的掺杂模型,掺杂体系具有较高的电导率且具有N型半导体特征.通过BP神经网络对模型的能带结果进行训练,训练的模型数据结果发现掺杂后具有较高的电导率,禁带宽度明显降低.综合以上结果,在x=0.1875时实现最佳电导率和光学性能.