单层蓝磷带电点缺陷的结构稳定性及电子性质

作为一种新型的二维材料,蓝磷因其具有较高的载流子迁移率和较大的禁带宽度引起了研究者们极大的研究兴趣.近年来已有研究讨论了蓝磷中的结构缺陷,但是关于其缺陷带电性质的研究尚未见报道.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,讨论了蓝磷SW(Stone Wales)缺陷、单空位(SV)缺陷、两种双空位缺陷(DV-1和DV-2)以及两种替位缺陷(OP和CP)的带电性质.利用带电缺陷体系能量依赖于晶胞尺寸的渐进表达式进行外推的方法,修正了蓝磷带电缺陷体系的形成能.研究结果表明,在所讨论的缺陷中,富O条件下OP具有最低的形成能,最稳定;而SV的离化能最小,最容易电离.引入的缺陷态会对蓝磷的禁带宽度产生影响.缺陷带电过程中,缺陷态位置变化导致绝大部分缺陷转变为深能级缺陷.本研究结果对缺陷工程在二维材料上的应用提供了一定的理论指导.

氧原子吸附调控蓝磷/石墨烯异质结构的肖特基势垒

控制纳米电子器件的p型传输仍然是降低肖特基势垒的主要挑战。为了解决这个问题,采用半经验色散校正方案的第一性原理,系统研究了不同浓度的O原子吸附掺杂对蓝磷/石墨烯异质结构层间相互作用和电子性质的影响。结果表明,异质结界面内的O原子吸附可以增强界面结合。并通过改变界面内O原子吸附浓度来调节p型肖特基势垒的高度。进一步发现,通过增加界面内O原子的吸附浓度,可以降低p型肖特基势垒的高度,从而实现高效的电荷转移。最后,界面电荷的重新分布会导致费米能级的移动,而费米能级决定了肖特基势垒的高度。

蓝磷在金属Au、Ag台阶上不同成核过程的理论研究

具有类石墨烯蜂窝状结构的蓝磷(BlueP)是黑磷的同素异形体,因其高载流子迁移率和合适的带隙而被认为是一种具有巨大应用前景的二维(2D)材料。受石墨烯在过渡金属台阶边缘高效成核的启发,选择Ag和Au金属台阶研究磷团簇的形成。研究发现,Ag台阶是适合生长BlueP单层的衬底,Au台阶上更倾向于生长BlueP-Au合金结构。台阶边缘的金原子比平台中的金原子更容易解离而成为BlueP-Au合金结构的构建单元。此外,吸附在台阶边缘的磷团簇通过刻蚀效应能够显著加速金属原子的解离过程。该研究结果为具有理想性能的二维材料的生长提供思路。

二维类蓝磷相少层GeTe的光催化性能的研究

二维材料具有较高的比表面积、较短的光生电子与空穴间迁移距离,使得它们有望成为新一代的光催化剂。由于具有锯齿蜂窝状结构和内置偶极,类蓝磷相的单硫属化物二维材料在光催化方面的应用得到广泛关注。对此,文章主要介绍了少层GeTe电子性质及其在光催化性能方面的应用,以供参考。

Li原子修饰缺陷蓝磷单层储氢性能的第一性原理研究

本文基于第一性原理计算,系统地研究了碱金属Li原子修饰缺陷蓝磷单层体系的储氢性能.研究结果表明,双空位缺陷DV2的引入可以有效增强Li原子与蓝磷单层间的相互作用,能够有效阻止单层表面Li团簇的形成.单个Li原子可以稳定吸附3个H_(2)分子,H_(2)分子平均吸附能为0.248eV/H_(2).电子结构分析表明,H_(2)分子主要通过极化机制和轨道杂化作用吸附在Li修饰的缺陷蓝磷单层体系上.此外,本文还研究了温度和压强对Li/DV2体系储氢性能的影响.结果表明,在室温和低压条件下,H_(2)分子可以稳定吸附在Li/DV2体系表面,从而实现室温条件下的可逆储氢.

Na在石墨烯/蓝磷结构材料的吸附和扩散行为研究

钠离子电池作为锂离子电池的可能替代品,是潜在的候选储能设备之一.使用SISETA计算软件程序,研究钠离子在石墨烯表层不同位置的吸附性能,以及分别在石墨烯和蓝磷一侧的扩散行为.理论分析认为,石墨烯/蓝磷结构材料和单纯的石墨烯有相似的电极性质,并有比单纯石墨烯稍好的扩散性能,是较理想的钠离子阳极材料.

单层黑磷和蓝磷扩展分子结的电子输运特性

本工作应用非平衡格林函数理论和密度泛函理论研究了二维材料单层黑磷扩展分子结和蓝磷扩展分子结的电子输运特性,以及在应力作用下能隙和伏安特性的变化特点。结果发现,两种扩展分子结在发生应变(拉伸和压缩)过程中,随着应变(拉伸和压缩)的增加,HOMO能量和LUMO能量逐步靠近,导致能隙逐渐降低,分别减小了0.67eV和1.33eV。能隙降低,同时导通轨道间隔和导通轨道迁移率也降低,导致伏安特性曲线中量子化台阶逐渐消失,出现了类似金属的I-V曲线特点。此外,单层黑磷扩展分子结在0.75~2.00V范围内产生稳定电流,有望应用于电路中的稳流装置。

石墨相氮化碳/蓝磷异质结的光催化性能研究

二维材料因其独特的性质在众多研究领域备受关注,而异质结是减小带隙、促进空间电荷有效分离的重要手段,因此构建二维异质结构是提高材料光催化性能的一种关键途径。基于第一性原理方法,可以有效地设计出合适的异质结构。该文通过第一性原理计算系统地研究了几种不同的石墨相氮化碳/蓝磷(g-C_(3)N_(4)/xBlueP,x=1,2,3)异质结的电子和光学性质。计算结果表明,g-C_(3)N_(4)/2BlueP异质结具有最合适的带边位置、较宽的光学响应范围和良好的光吸收能力。通过进一步施加适当的双轴应力,发现可实现g-C_(3)N_(4)/2BlueP异质结类型的转变,解决了I型异质结的高电子−空穴复合问题,这对于实现高效光生电荷分离有着重要的意义。合适的应力调控后的g-C_(3)N_(4)/2BlueP异质结具有明显优于两种组分材料的光吸收性能,在可见光区的光吸收强度明显增大。

应力作用下吸附过渡金属原子的蓝磷单层中的拓扑转变

本文通过第一性原理计算方法研究了被第四B族过渡金属吸附原子(Cr,Mo,W)修饰的蓝磷单层的电子结构性质,发现Cr修饰的蓝磷单层为磁性半金属,而Mo或W修饰的蓝磷单层为半导体,其带隙均小于0.2 eV.对Mo或W修饰的蓝磷单层施加双轴压应力使得带隙先闭合再打开,且在此过程中发生了能带反转的现象,说明Mo或W修饰的蓝磷单层发生了拓扑转变.Mo和W修饰的蓝磷单层的拓扑转变压应力分别为-5.75%和-4.25%,其拓扑绝缘带隙分别为94 meV和218 meV.如此大的拓扑绝缘带隙意味着在较高温度条件下有可能在蓝磷单层中通过吸附过渡金属原子实现拓扑绝缘态.

石墨烯/蓝磷复合材料夹层中锂离子吸附容量研究

基于第一性原理和SIESTA软件研究了石墨烯/蓝磷复合材料(G/blue-P)吸附锂离子的能力和层状结构变化.随着吸附锂离子个数从1到9逐渐增加,单个锂离子的平均吸附能在逐渐减小,当吸附个数大于3时,平均吸附能减少趋势变缓.另外,石墨烯与蓝磷复合材料在吸附多个锂离子后,层状结构的间距变化并不明显,说明其作为电极材料形成的锂离子电池结构比较稳定.研究结果表明石墨烯/蓝磷复合材料是比较优良的锂离子电池电极候选材料.

某高磷鲕状赤铁矿磷赋存状态及还原焙烧脱磷研究

采用浸出、电渗析等试验方法研究了尼日利亚高磷鲕状赤铁矿中磷的赋存状态并采用XRD和SEM分析添加脱磷剂Na2CO3直接还原焙烧产物的特性.结果表明,含磷矿物主要是呈微细粒包裹体嵌布在铁矿物鲕粒的裂隙或孔洞中的纤磷钙铝石(CaAl3(OH)6(HPO4)(PO4))、蓝磷铝铁矿(FeAl2(PO4)2OH·6H2O)以及均匀分散在铁矿物中的磷.通过添加脱磷剂Na2CO3的还原焙烧磁选可实现高效铁磷分离.磷通过两种方式去除:一部分含磷矿物与金属铁分离,存在于脉石矿物中,通过磨矿磁选可以有效去除,一部分含磷矿物与Na2CO3反应生成溶于水的磷矿物,最终使得还原铁产品中的磷含量降低.

基于碳、硅、磷单质二维材料的研究现状

当今二维材料的发展十分引人注目,其具不同于传统材料的优异性能,因此其是科学家研究材料的重心。石墨烯的发展已有十几年的历史,已经从最初的实验室制备发展到工业产业化。石墨烯之后又出现多种二维材料,例如二硫化钼、氮化硼、硅烯等。其中二维单质材料的发展具有构成单一,制备过程不易引入杂质原子等特点,使得其在多方面具有重要应用。本文引用大量综述性文献,就目前常见的二维材料当中的石墨烯、硅烯、磷烯的结构、制备以及性能进行详细介绍,同时对这些材料的应用前景进行了展望。

磷单质概念的新发展

自白磷与红磷相继被发现后,磷单质的概念初步形成。20世纪初期,黑磷的发现突破了人们对磷单质的认识。随后,紫磷、蓝磷、二磷分子以及环状磷的出现,使磷单质的概念有了新的发展。几种新的磷单质的发现,建立了磷单质概念的新范式,科学家在探索磷单质概念多元化的道路上还将继续前行。