二维硼氮在过渡金属表面成核过程的第一性原理研究（英文）

二维硼氮成功地应用于构筑石墨烯纳米器件,然而其生长机制仍未受到充分的探究.本文使用基于密度泛函理论的计算方法,发现与镍(111)面相比,铜(111)表面更适用于作为二维硼氮生长的衬底.并且,随着硼氮原子的对数增加,其结构由一维的链状向二维的环状演变的过程.计算结果显示,这一结构相变发生在硼氮原子对数为5对时,二维环状结构随着硼氮原子对数的增加而趋于稳定.这一发现将有助于实验上更好地控制二维硼氮的生长过程.     

类石墨烯硼-磷单层材料的电子与光学性能的第一性原理计算研究

基于第一性原理计算,对硼-磷单层材料的电子结构和光学性质进行系统地理论研究. 全局结构搜索和第一性原理分子动力学模拟现实二维硼-磷单层材料能量最低的结构与石墨烯类似,具有很高的稳定性. 类石墨烯二维硼-磷单层是直接带隙半导体,带隙宽度1.37 eV,其带隙宽度随层数增加而减少. 硼-磷单层的带隙宽度受外界应力影响.硼-磷单层的载流子迁移率达到106 cm2/V. MoS2/BP二维异质结可用于光电器件,其理论光电转换效率为17.7%?19.7%. 表明类石墨烯硼-磷二维材料在纳米电子器件与光电子器件的潜在应用价值.     

掺硼水吸附碳纳米管电子场发射性能的第一性原理研究

运用第一性原理研究了掺硼碳纳米管(BCNT)顶端吸附水分子后的电子场发射性能.结果表明：掺B及吸附H₂O的碳纳米管(BCNT+H₂O)端部形成电子聚集的原子尺度微区,其电子态密度(DOS)在费米能级(E_f)附近有很大提高.根据计算的电子DOS,HOMO/LUMO及Mulliken电荷分布等可知BCNT+H₂O比CNT+H₂O有更好的场发射性能. 关键词： 掺硼碳纳米管 吸附 密度泛函理论 电子场发射     

掺氮四面体非晶碳的第一性原理研究

采用基于第一性原理的分子动力学方法对掺氮四面体非晶碳进行结构建模,并对其显微结构和电子结构进行了研究. 氮在非晶碳网络中的配位形态与密度没有明显关系,主要是以三配位形态存在,其次是两配位,四配位氮的比例很小. 掺氮后碳网络结构sp²含量大大增加,随着氮含量的增加,费米能级附近态密度增加. 氮掺入后并未使费米能级发生明显移动. 关键词： 掺氮四面体非晶碳 第一性原理 密度泛函理论 电子结构     

碳掺杂硼氮纳米管电子场发射的第一性原理研究

对闭口硼氮纳米管（BNNT）顶层掺碳体系,运用第一性原理研究了电子场发射性能.结果表明,掺碳的BNNT体系电子结构变化显著;外电场愈强,体系态密度向低能端移动幅度愈大,且最高占据分子轨道（HOMO）/最低未占据分子轨道（LUMO）能隙愈小.体系态密度和局域态密度,HOMO和LUMO及其能隙分析一致表明,各种碳掺杂体系中C_eqBNNT的场发射性能最佳. 关键词： 硼氮纳米管 碳掺杂 第一性原理     

二噻吩硼烷异构体分子结构测定的第一性原理研究

本文在第一性原理计算基础上结合非平衡格林函数方法,研究了量子干涉效应对连接镍电极的二噻吩硼烷(dithienoborepin,DTB)分子结自旋输运性质的影响,并通过氨基和硝基钝化实现了对二噻吩硼烷分子异构体(DTB-A和DTB-B)的区分.结果表明,原始的DTB-A和DTB-B分子结在费米能级两侧都有一个自旋向上透射峰和一个自旋向下透射峰,且两个透射峰的能量位置和高度基本相同.因此,原始DTB-A和DTB-B分子结的自旋向上和自旋向下电流曲线基本重合,不能被明显区分.然而,研究发现量子干涉效应能不同程度地增强氨基钝化DTB-A分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力,并减弱氨基钝化DTB-B分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力.此外,研究还发现量子干涉效应可以显著提高硝基钝化DTB-B分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力,同时减弱硝基钝化DTB-A分子结费米能级两侧分子轨道的自旋极化输运能力.由于量子干涉效应对氨基和硝基钝化的DTB异构体分子结自旋输运能力有不同的调制作用,因此可以通过测量氨基和硝基钝化分子结的自旋电流值来区分DTB分子的两种异构体.     

第一主族元素(Li,Na,K)和第二主族元素(Be,Mg,Ca)掺杂二维六方氮化硼单层的第一性原理计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了第一、第二主族元素取代六方BN单层中的B的几何结构、磁性性质和电子结构.研究发现,掺杂的BN单层出现明显的自旋极化特性.对Li,Na,K而言,掺杂后超胞的总磁矩为2μB,对Mg,Ca而言,超胞的总磁矩为1μB,磁矩主要局域在与杂质原子最近邻的N原子上.而对于Be,超胞的总磁矩为0.705μB,磁矩分散在所有的N原子上.对于6种掺杂情况,给出了相应的自旋密度图.掺杂体系产生明显的杂质能级,给出了总态密度和局域投影态密度等结果,分析了杂质能级的产生.发现Mg和Ca掺杂体系的态密度具有明显的半金属特性.     

二维单层Ca_(2)N声子谱和热力学性质的第一性原理研究

开发具有优异性能的可充电二次化学电池材料是解决当今社会所面临能源危机问题的有效途径之一。钠离子电池因为具有原材料储量丰富和价格低廉的优势而被视为替代锂离子电池的最优候选材料。最近的研究表明,二维单层电子化合物Ca_(2)N是良好的钠离子电池负极候选材料。然而,当前研究多集中于块体Ca_(2)N的物性,二维单层Ca_(2)N基本物性的研究还比较缺乏。鉴于此,本工作基于第一性原理计算方法详细研究了单层Ca_(2)N的晶格振动特性,确定了其光学振动模式的频率值、简并度和对称性,并通过声子态密度展示了不同类型原子在不同频率范围的贡献大小。最后,还基于声子谱计算了该材料的声子振动自由能、熵和等体积摩尔热容量等基本热力学性质,并与单晶Ca_(2)N进行了对比分析。本工作对于实验研究者设计具有优异性能的类似结构金属离子电池负极材料具有一定参考价值和理论指导意义。     

二维铁电体CuCrP2S6的第一性原理研究

三维铁电体材料以其众多优良的性质在许多电子行业内起着无可替代的作用,如制作铁电存储器、高能电容器等等.但随着纳米技术的日趋成熟,磁电材料逐渐受到悬空键和量子隧穿效应等负面因素的影响.因而,二维铁电材料逐渐进入科研人员的视野,它有望克服上述难题.本文利用第一性原理密度泛函理论模拟,关注了一种典型的层状金属硫磷酸盐——Cu...     

封装钠的硼氮纳米管在垂直构型下场发射的第一性原理研究

采用密度泛函形式化的自洽方法模拟了纯的硼氮纳米管和封装钠的硼氮纳米管在垂直于管轴的电场作用下的场发射. 发现硼氮纳米管封装钠之后的近自由电子态参与场发射并表现出很强的发射特性.通过分析场发射总能量分布曲线的特征,探索近自由电子态对于场发射的作用和场发射电流对于外电场的响应. 发现在垂直管轴的发射构型下,场发射具有很灵敏的电场响应度,这是与硼氮纳米管中近自由电子态的特殊分布取向有关.     

密度泛函理论研究碱金属原子在完美氧化镁(001)表面的吸附

基于平面波赝势法的密度泛函理论系统地研究了孤立碱金属原子(锂、钠、钾、铷、铯)在完美氧化镁(001)表面的吸附. 锂在氧位表面上的吸附能是0.72 eV,大约是其它碱金属的3倍. 锂和表面氧之间较强的相互作用主要是来源于共价键的作用,这可由态密度和差分电荷密度的分析所证实. 讨论碱金属在MgO(001)表面吸附的成键机理.     

NH3在Ni/Pt(111)和Ni/WC(001)表面上分解的第一性原理研究

采用密度泛函理论和slab模型,研究NH₃在Ni单原子层覆盖的Pt（111）和WC（001）表面上的物理与化学行为,计算了Ni单原子覆盖表面的电子结构以及NH₃的吸附与分解.表面覆盖的单原子层中,Ni原子的性质与Ni（111）面上的Ni原子明显不同.与Ni（111）相比,Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）表面上Ni原子dz²轨道上的电子更多地转移到了其它位置,该轨道上电荷密度降低有利于NH₃吸附.在Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）面上NH₃吸附能均大于Ni（111）,NH₃分子第一个N-H键断裂的活化能则明显比Ni（111）面上低,有利于NH₃的分解,吸附能增大使NH₃在Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）面上更倾向于分解,而不是脱附.N₂分子的生成是NH₃分解的速控步骤,该反应能垒较高,说明N₂分子只有在较高温度下才能生成.WC与Pt性质相似,但Ni/Pt（111）和Ni/WC（001）的电子结构还是有差异的,与Ni（111）表面相比,NH₃在Ni/Pt（111）表面上分解速控步骤的能垒降低,而在Ni/WC（001）上却升高.要获得活性好且便宜的催化剂,需要对Ni/WC（001）表面做进一步改进,降低N₂分子生成步骤的活化能.     

二硫酸-二元胺锰和二羟基-二元胺锰纳米片磁性的第一性原理研究

We perform first-principles simulations on a type of two-dimensional metal-organic nanosheet derived from the recently reported manganese bis-dithiolene Mn₃C₁₂S₁₂ [Nanoscale 5, 10404 (2013)] and manganese bis-diamine Mn₃C₁₂N₁₂H₁₂ [ChemPhysChem 16, 614 (2015)] mono-layers. By coordinating chalcogen (S or O) atoms and -NH- group to Mn atoms with trans- or cis-structures and preserving space inversion symmetry, four configurations of this type of nanosheet are obtained: trans-manganese dithiolene-diamine Mn₃(C₆S₃N₃H₃)₂, cis- manganese dithiolene-diamine Mn₃(C₆S₆)(C₆N₆H₆), trans-manganese dihydroxyl-diamine Mn₃(C₆O₃N₃H₃)₂, and cis-manganese dihydroxyl-diamine Mn₃(C₆O₆)(C₆N₆H₆). The ge- ometric con guration, electronic structure and magnetic properties of these metal-organic nanosheets are systematically explored by density functional theory calculations. The cal- culated results show that Mn₃(C₆S₃N₃H₃)₂, Mn₃(C₆O₃N₃H₃)₂ and Mn₃(C₆O₆)(C₆N₆H₆) monolayers exhibit half-metallicity and display strong ferromagnetism with Curie transition temperatures near and even beyond room temperature, and Mn₃(C₆S₆)(C₆N₆H₆) monolayer is a semiconductor with small energy gap and spin frustration ground state. The mechanisms for the above properties, especially in uences of diflerent groups (atoms) substitution and coordination style on the magnetism of the nanosheet, are also discussed. The predicted two-dimensional metal-organic nanosheets have great promise for the future spintronics ap-plications.     

Activation mechanisms of silver toward CO oxidation by tungsten carbide substrate: A density functional theory study

The development of efficient catalysts for low temperature CO oxidation is important to the application of fuel cells. In this work, we report that the Ag monolayer on WC (0001) surface (Ag_ML/WC) could effectively catalyze CO oxidation through the L-H mechanism (CO + O₂ → OOCO → CO₂ + O). The most sluggish reaction step is suggested to be CO + O → CO₂ with a barrier of 0.48 eV, which is 1.21 eV lower than the barrier of O₂ dissociation. The electronic structure and d-band center analyses demonstrate that the promoted activity may originate from the synergistic effect between Ag monolayer and WC. The present study is conducive to design new efficient and cost-effective catalysts for CO oxidation without using of the noble platinum.     

吸附分子间通过底物的作用能的密度泛函理论计算

尝试用密度泛函理论B3LYP方法,计算研究了Ag(111)面上烷烃硫醇自组织单分子层中分子间通过底物的作用能(间接作用能)的大小,揭示了它与单体吸附能绝对值的正比关系,阐明了其物理本质．DFT的计算结果与以前提出的间接作用能的半经验表达式定性一致．     

双层过渡金属三卤化物层间磁性研究现状

二维磁性材料是当前凝聚态物理的研究热点。近来的实验发现双层CrI3 存在与三维块体 不同的层间反铁磁序,表现出独特的量子限域效应和潜在的器件应用,受到了人们的广泛关注。大 量的研究表明层间磁序跟堆垛密切相关,但仍存在争议。本文主要综述双层磁性材料层间磁序及 其应用的研究进展,重点介绍了磁性与堆垛方式之间的关联,指出了密度泛函理论在层间磁性机 理研究中存在的挑战,阐述了层间磁序相关的器件应用,并对未来可能的研究方向进行了展望。     

CuCl催化苯腙和丙炔酸甲酯Michael加成反应的机理研究

本文采用密度泛函理论(DFT)中的M05方法针对性的研究了以CuCl为催化剂催化苯腙和丙炔酸甲酯发生Michael加成的微观反应机理.采用Gaussian09程序,使用6-31+G*(Cu采用赝势基组LanL2DZ)对化学反应过程中的反应物、中间体、过渡态分子的几何构型进行了优化,同时进行了频率计算,所有过渡态都有唯一虚频,中间体和过渡态分子结构的合理性得到了确认.通过自然键轨道(NBO)理论分析了分子轨道间的相互作用.通过理论计算发现CuCl催化苯腙和丙炔酸甲酯发生Michael加成反应的位点在苯腙的N原子上,反应的速控步骤活化能为34.86 kcal/mol,相关的理论研究结果与实验反应现象相吻合.     

边界修饰醚基的锯齿形石墨烯纳米条带的场发射的第一性原理研究

采用一种基于密度泛函理论计算的自洽方法研究了边界修饰有C-O-C醚基的锯齿形石墨烯纳米条带(包括边界有连续的醚基ZGNR-CE和50%覆盖度的醚基ZGNR-AE)的电子场发射特性. 模拟结果显示两种纳米条带的场发射主要由布里渊区中心且靠近费米面的电子态所决定. 因为具有较低的功函数,ZGNR-CE条带能产生比未修饰的重构锯齿形石墨烯纳米条带强很多的场发射电流;而ZGNR-AE条带有着几乎完全自旋极化的场发射电流,尽管电流不够强. 另外在较低的外电场下,单轴方向的外加应变能有效调控它们的场发射电流,但ZGNR-AE条带的高自旋极化保持不变. 通过分析这些条带的功函数、能带结构以及结合边界电偶极模型,揭示了相关机制.     

甲苯光电离解离理论研究

The photoionization and dissociation photoionization of toluene have been studied using quantum chemistry methods.The geometries and frequencies of the reactants,transition states and products have been performed at B3LYP/6-311++G (d,p) level,and single-point energy calculations for all the stationary points were carried out at DFT calculations of the optimized structures with the G3B3 level.The ionization energies of toluene and the appearance energies for major fragment ions,C₇H₇⁺,C₆H₅⁺,C₅H₆⁺,C₅H₅⁺,are determined to be 8.90,11.15 or 11.03,12.72,13.69,16.28 eV,respectively,which are all in good agreement with published experimental data.With the help of available published experimental data and theoretical results,four dissociative photoionization channels have been proposed:C₇H₇⁺+H,C₆H₅⁺+CH₃,C₅H₆⁺+C₂H₂,C₅H₅⁺+C₂H₂+H.Transition structures and intermediates for those isomerization processes are determined in this work.Especially,the structures of C₅H₆⁺ and C₅H₅⁺ produced by dissociative photoionization of toluene have been defined as chain structure in this work with theoretical calculations.