单空位缺陷对二维δ-InSe稳定性的影响

二维InSe半导体材料由于其优异的电学性能以及适中可调的带隙等优点,引起了研究者的关注.材料中的空位缺陷不仅影响材料的光电学特性,还影响材料的环境稳定性.相比于InSe材料中的其他相,δ-InSe具有更优异的材料性能,然而关于对该材料环境稳定性影响的研究未见报道.本文基于密度泛函理论,系统研究了O_(2)环境下二维δ-InSe材料的稳定性问题.结果表明:1)在O_(2)环境下,完美δ-InSe表面具有良好的惰性和稳定性,O_(2)分子在其表面从物理吸附到解离吸附需要克服1.827 eV的势垒;2)Se空位(V_(Se))的存在则会促进δ-InSe的氧化反应,被氧化的过程仅需克服0.044 eV的势垒,说明V_(Se)的存在使δ-InSe在O_(2)环境下的稳定性显著下降,此外被O_(2)分子氧化的δ-InSe单层有利于H_(2)O分子的解离吸附;3)含有In空位(V_(In))的δ-InSe被氧化的速率较慢,O_(2)分子在V_(In)表面的物理吸附的吸附能和电荷转移与完美表面基本一致,被氧化的过程需克服1.234 eV的势垒.这一研究结果将为更好地理解单空位缺陷对δ-InSe单层的氧化行为提供理论指导,同时为高可靠二维δ-InSe器件的实验制备提供参考.

用第一性原理计算硅单空位缺陷

采用分子动力学模型及共轭梯度 ,并在局域密度近似下 ,用密度泛函的方法从头计算了硅单晶的晶格常数、单空位缺陷能等。计算结果表明 ,在硅单晶中 ,单空位邻近的硅原子会发生弛豫 ,使对称性下降 ;两个单空位有可能形成一个双空位。

单空位缺陷对石墨纳米带电子结构和输运性质的影响

基于第一性原理电子结构和输运性质计算,研究了单空位缺陷对单层石墨纳米带(包括zigzag型和armchair型带)电子性质的影响.研究发现,单空位缺陷使石墨纳米带在费米面上出现一平直的缺陷态能带;单空位缺陷的引入使zigzag型半导体性的石墨纳米带变为金属性,这在能带工程中有重要的应用价值;奇数宽度的armchair型石墨纳米带表现出金属特性,有着很好的导电性能,同时,偶数宽度的armchair型石墨带虽有金属性的能带结构,但却有类似半导体的伏安特性;单空位缺陷使得奇数宽度的armchair石墨纳米带导电性能减弱,使得偶数宽度的armchair石墨纳米带导电性能明显增强.

石墨烯中的单空位缺陷对铂原子催化解离氧分子的影响

采用密度泛函理论中的B3LYP方法研究了石墨烯中的单空位缺陷对铂原子(Pt)催化解离O_2分子的影响.计算发现O_2分子首先通过[2+1]或[2+2]环加成作用吸附在以单空位缺陷石墨烯为载体的Pt上(Pt-SV),并以不同的路径进行解离,吸附能分别为-158.23和-152.45kJ/mol.由于石墨烯片上单空位缺陷的存在,O_2分子更容易吸附在单空位缺陷处的Pt上,并且O_2在Pt-SV上解离的能垒(130.25kJ/mol)也明显比在Pt-pristine上解离的能垒低(76.23kJ/mol).因此石墨烯上单空位缺陷的存在提高增加了Pt的催化能力.

单空位缺陷诱导的扶手椅型石墨烯纳米带电学性能的转变

本文基于密度泛函理论的第一性原理计算了单空位缺陷对扶手椅型石墨烯纳米带电学特性的影响.计算结果表明:当单空位位于纳米带边缘位置时,系统结构最稳定.不同位置上单空位缺陷的引入都会使得原本为半导体的本征扶手椅型石墨烯纳米带变成金属性;随着单空位浓度的减小,其对纳米带能带结构的影响逐渐减弱;随着纳米带宽度的增大,表征其金属性的特征值表现出震荡性的减弱.单空位缺陷诱导的扶手椅型纳米带的半导体特性到金属特性的转变为石墨烯在电子器件中的应用提供了理论指导.

单空位缺陷对载能氢原子与石墨层间碰撞的能量交换的影响的分子动力学研究

本文采用分子动力学方法研究空位缺陷对石墨层中碳氢粒子碰撞的影响.将氢原子以不同能量分别向单空位缺陷边缘的两个碳原子轰击,分析了入射氢原子的能量损失、发生吸附反应的能量范围和靶原子的能量传递过程.研究发现,单空位缺陷边缘的碳氢粒子更易发生吸附反应;在碳氢粒子正碰过程中,氢原子随入射能量变化出现了双反射区域;碳氢粒子在空位缺陷边缘吸附后,形成了高结合能的sp2结构,并出现悬挂键,其临近的碳碳键能未降低;单空位缺陷边缘的碳原子吸附氢原子能量的能力强而传递能量的能力弱.这些结果对理解聚变反应中,碳基材料的化学腐蚀及氚滞留有重要意义.

石墨烯基PtNi二元金属催化剂抗CO中毒能力的理论研究

运用密度泛函理论,分别对Pt、Ni以及PtNi二元金属催化剂负载在单空位缺陷(SV)石墨烯上的稳定性及抗CO中毒性能进行研究.结果表明,当金属催化剂吸附在SV石墨烯上时,PtNi二元金属稳定性(SV-9:ΔG=−6.41 eV)比Pt-SV、Ni-SV结构的稳定性强,CO在PtNi二元金属的吸附自由能为−0.52~−2.60 eV.过渡金属Ni的掺杂,可以提高PtNi二元金属在SV石墨烯上的稳定性和抗CO中毒能力.

PtFe掺杂石墨烯抗CO中毒性能的理论研究

基于密度泛函理论第一性原理研究了以单空位缺陷(SV)石墨烯为载体的Pt,Fe及PtFe二元金属催化剂的抗CO中毒能力.结果表明,对于单金属原子Pt和Fe,Fe更易吸附在SV石墨烯上;而对于PtFe二元金属催化剂,SV石墨烯对其固定能力明显好于Pt-SV,即Pt催化剂中掺杂Fe大大增加了SV石墨烯对金属催化剂的稳定性.Pt,Fe及PtFe二元金属催化剂抗CO中毒能力的研究结果表明,PtFe-6结构的抗CO中毒能力明显强于Pt-SV,接近于Fe-SV的抗CO中毒能力,在所有二元金属催化剂中PtFe-6的稳定性最好,明显优于Pt在SV石墨烯上的稳定性.通过在Pt中加入非贵金属Fe既可提高DMFC中阳极Pt催化剂的抗CO中毒能力,又可提高其催化活性.