硝酸处理对Li在磷烯表面吸附和迁移行为影响的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了Li在本征磷烯表面及硝酸处理的磷烯表面的吸附性质、电学性质及迁移行为。结果表明:硝酸处理前后,Li原子在磷烯表面的最稳定吸附位均为H位;硝酸处理使Li原子在磷烯表面的吸附更加稳定。Li原子吸附在NO_3~--磷烯体系表面后,一方面,电荷由Li原子转移到附近的磷烯;另一方面,电荷由磷烯转移到附近的NO_3~-;Li原子在NO_3~--磷烯体系表面的吸附既有N型掺杂,也有P型掺杂。硝酸的处理使得整个体系的电荷转移量增大,增强了体系的离子性。硝酸处理降低了Li原子在磷烯表面的迁移激活能,Li原子在NO_3~--磷烯表面更容易迁移。     

Li在石墨烯表面吸附与迁移的第一性原理研究

本工作研究了Li在石墨烯表面的吸附和迁移行为。基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,计算了Li在本征石墨烯表面的吸附特性和迁移行为以及石墨烯吸附Li前后的能带结构、态密度、电荷转移、差分电荷密度。Li在4×4石墨烯表面的扩散能垒为0.336 eV,其在C6环芯位的吸附能为1.569 eV,电荷转移量为0.870 7e,Li原子的2p轨道和C原子的2p轨道出现杂化。Li主要通过跨越C-C键桥位而在相邻C_6环芯位间实现平行于石墨烯表面的连续扩散,Li原子在石墨烯表面的最稳定吸附位为C_6环芯位,吸附Li后的石墨烯+Li体系显示出金属性,且Li与石墨烯间同时存在离子键和共价键。     

Li吸附对石墨烯、BC_3、C_3N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在未掺杂和B(N)掺杂浓度为25%(原子分数)的石墨烯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B(N)掺杂石墨烯吸附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25%(原子分数)时可显著提高石墨烯的Li吸附能,N掺杂浓度为25%(原子分数)时减弱了石墨烯的Li吸附能。吸附Li后的石墨烯、BC3和C3N体系均显示出金属性。     

Li在石墨烯、BC_3及C_3N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,研究了Li在本征石墨烯及BC3、C3N表面的吸附和迁移行为。与本征石墨烯相比,硼掺杂浓度为25%(原子分数)时提高了Li的吸附能,而氮掺杂浓度为25%(原子分数)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、BC3、C3N表面的迁移,结果表明,相比于本征石墨烯,硼掺杂浓度为25%(原子分数)的石墨烯减弱了Li的扩散,而氮掺杂浓度为25%(原子分数)的石墨烯促进了Li的扩散。     

Li在石墨烯、BC5及C5N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,研究了Li在本征石墨烯及BC₅、C₅N表面的吸附和迁移行为。与本征石墨烯相比,硼含量为16.67%(原子分数,下同)的石墨烯提高了Li的吸附能,而氮含量为16.67%的石墨烯降低了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(Nudged elastic band)方法计算了Li在本征石墨烯、BC₅、C₅N表面的迁移。结果表明,相比于本征石墨烯,硼含量为16.67%的石墨烯抑制了Li的扩散,而氮含量为16.67%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。     

掺杂和修饰的石墨烯对半胱氨酸吸附性能的密度泛函理论研究

使用密度泛函理论计算了掺杂或修饰Al或Mn原子的石墨烯对半胱氨酸的吸附性能。计算结果表明,掺杂或修饰Al或Mn原子后,Graphene与半胱氨酸之间结合稳定,具有较大的结合能。其中掺杂或修饰Mn原子的体系的吸附能整体高于掺杂或修饰Al原子的体系。石墨烯上修饰或掺杂Al或Mn原子,增加了石墨烯基底与半胱氨酸之间的电荷转移,特别是修饰方式显著改变了费米能级附近的性质,同时改变了Graphene的电导性质。Al或Mn原子修饰或者掺杂的Graphene除了增加对半胱氨酸吸附能力外,也是一种潜在的检测半胱氨酸的传感器材料,进而在生物领域得到更广泛的应用,比如用来检测富含半胱氨酸的金属硫蛋白。     

Ba2+在KDP(100)表面吸附的密度泛函理论研究

为了研究Ba~(2+)与KDP晶体表面相互作用的本质,采用密度泛函理论(DFT)方法对Ba~(2+)在KDP(100)表面的吸附行为进行计算。结果表明:Ba~(2+)在KDP(100)表面的吸附能为负值,吸附过程为自发的放热反应。通过结构优化得到3种稳定的吸附构型,最终吸附位置为O原子的顶位或两个O原子之间的桥位。当Ba~(2+)位于磷酸根基团中的两个O原子之间的桥位时,吸附最稳定。在3种吸附构型中,Ba~(2+)与表面O原子均通过离子键结合,而与表面最外层H原子则会产生一定的共价相互作用。另外,Ba~(2+)吸附使KDP(100)表面的P—O键、H—O键以及K—O键有不同程度的伸长或缩短,同时表面的氢键结构也发生了明显的变化。     

Na在XC3(X=B,N,P)掺杂石墨烯表面吸附与扩散行为的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,对Na在本征石墨烯(PG)和掺杂单层石墨烯(BC_3、NC_3、PC_3)表面的吸附结构、电子性质和扩散行为进行了详细的理论计算。结果表明,由于磷掺杂体系(PC_3)P-C键剧烈变化,PG中原有的平面结构消失;而硼、氮掺杂(BC_3和NC_3)对PG结构的影响很小,B-C键和N-C键变化不显著,BC_3和NC_3仍然能维持PG的平面结构,并且没有正反面之分。电子结构计算表明,PG、BC_3和NC_3体系分别呈现半金属、p型掺杂和n型掺杂特征,而PC_3表现出金属性;然而,在Na吸附后所有的材料都表现出金属性。进一步的吸附能计算发现磷、硼掺杂(PC_3和BC_3)能够有效改善石墨烯的储Na容量,从扩散机制的研究发现,Na在PC_3掺杂体系表面的扩散能垒较小,仅为0.081 5 eV,有利于Na在PC_3掺杂石墨烯表面的传输和扩散,是一种潜在的钠离子电池负极材料。     

不同浓度硼掺杂石墨烯吸附多层金原子的第一性原理研究

石墨烯与金属间过高的接触电阻严重影响了其在微纳电子领域的应用,B掺杂可以有效降低石墨烯的接触电阻。利用第一性原理研究了不同浓度B掺杂对石墨烯吸附多层Au原子的影响。首先计算了不同浓度B掺杂石墨烯的结合能,验证了掺杂石墨烯的稳定性;然后对掺杂石墨烯进行了结构优化并在其表面置入多层Au原子,计算了吸附模型的吸附能、赝能隙、局部态密度、电荷密度分布和电荷转移量。B掺杂浓度分别为1.39%,4.17%,6.94%,9.72%,12.50%和15.28%。结果表明:随着B掺杂浓度的提高,石墨烯吸附多层Au原子体系的赝能隙变宽,吸附能增加,结构稳定性得到提升;B原子与Au原子间杂化作用明显,具有较高的电荷密度和电荷转移量,可有效地降低石墨烯与多层Au原子间的接触电阻;但掺杂浓度为15.28%时,由于浓度过高吸附模型中石墨烯几何结构变形过大。     

碱金属原子吸附在双空位缺陷石墨烯表面的第一性原理研究

采用了基于密度泛函(DFT)的第一性原理方法进行了计算,研究了双空位缺陷(DV)的存在对碱金属原子吸附在石墨烯表面的性质的影响以及碱金属原子在缺陷石墨烯表面的吸附迁移行为。与本征石墨烯相比,DV缺陷石墨烯表面更容易吸附碱金属原子,且碱金属原子位于DV缺陷正上方时吸附更加稳定;电荷密度分布和Bader电荷计算表明,碱金属元素与缺陷石墨烯的结合方式表现出离子性,电荷由碱金属原子向石墨烯转移;迁移计算的结果表明DV缺陷的存在不利于碱金属原子在石墨烯表面的迁移。     

双层石墨烯掺杂Pd对CO和NO的气敏特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了AA堆叠型双层石墨烯掺杂Pd原子(Pd/BG)后对气体分子CO和NO的气敏特性和吸附机理.结果表明,Pd原子的掺杂改变了双层石墨烯的电子性质和局部几何结构.Pd原子替代双层石墨烯的一个碳原子后,杂质原子突出层外区域(Po)和突入层间区域(Pi)都可以形成稳定结构,但是突出(Po)构型更有利于气体分子的吸附.对于Po构型,CO和NO吸附在Pd/BG上的最稳定结构是不同的,CO分子与石墨烯表面呈一定夹角,而NO分子近似垂直于石墨烯表面.Pd/BG对NO分子的吸附强于CO分子.气体分子在Po构型上属于化学吸附,而在Pi构型上属于物理吸附.Pd/BG吸附CO和NO气体分子后具有不同的电子性质.Pd/BG体系为半导体性质,在吸附CO气体分子后,转变为金属性,系统无磁性;而在吸附NO气体分子后变为金属性且具有较大磁矩.这种电子性质的变化能够阐明气体分子吸附的敏感程度.研究结果能够为石墨烯基的气体传感器或者探测器提供理论基础和实验指导.     

空气吸附对石墨烯电学性能的影响

研究了空气掺杂对化学气相沉积(CVD)法制备的双层石墨烯底栅型场效应管电输运性能的影响。分别在大气、真空(<1Pa)、氮气以及不同湿度环境中测试了石墨烯场效应管的电学性能,测试结果表明大气中水分子和氧气分子的吸附导致的空穴掺杂作用使石墨烯的电学性能发生了严重退化,随着石墨烯表面吸附水分子和氧气分子的增多,狄拉克转变点电压向正方向的偏移量逐渐增大,空穴掺杂浓度增大,载流子迁移率减小。     

Pt/α-Al2 O 3表面氢气的吸附、解离和传质的计算

基于第一性原理,研究了H2分子在α-Al2O3表面负载的Pt原子以及Pt4团簇上面的吸附、解离和传质.研究结果表明,Pt原子和Pt4团簇在α-Al2 O3表面形成稳定的化学吸附.在H2分子的吸附过程中,H2分子吸附在Pt原子上,自发解离,形成Pt-H键.这一过程Pt原子提供电子,H原子得到电子,Pt与H发生电子云重叠,...     

B或N掺杂端部封闭碳纳米管吸附Pt的第一性原理计算

由于碳纳米管（CNTs）载Pt催化剂中,CNTs与Pt纳米颗粒间的交互作用弱,导致两者间导电性较差,并且容易引起Pt脱落或团聚。本文采用第一性原理对Pt原子在CNTs封闭端部的吸附行为进行了研究,发现B掺杂可以使（5,5）型和（9,0）型CNTs与Pt间的平均吸附能分别提高12.7%和19.6%,N掺杂可以使（5,5）型和（9,0）型CNTs与Pt间的平均吸附能分别提高22.4%和18.4%,并且CNTs与Pt间的电荷转移量较管壁吸附也得到了明显提升,同时B或N掺杂使CNTs-Pt体系的稳定性最高可分别提升133.8%和237.3%,说明在CNTs端部掺杂B或N可提高CNTs载Pt催化剂的性能。     

4d过渡金属掺杂石墨烯对HCN吸附行为的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论方法研究了掺杂Y、Zr、Nb、Mo、Tc和Ru的石墨烯体系对氰化氢(HCN)的吸附作用。首先考察了HCN分子中H、C或N原子分别靠近吸附点的三种吸附构型。然后比较了吸附HCN前后掺杂石墨烯的能带变化。研究结果表明,掺杂Mo和Ru的石墨烯吸附HCN后的带隙大小变化大于20%,并表现为半导体行为,说明吸附后掺杂石墨烯的电导性能受影响较大。此外,进一步研究了掺杂Mo和Ru的石墨烯吸附HCN的过程,讨论了吸附能、带隙、晶格常数、HCN电荷和键长的变化,并分析了掺杂Mo和Ru的石墨烯的振动特性。研究表明,掺杂Mo和Ru的石墨烯对HCN的吸附非常敏感,这可能是开发HCN传感器的有用材料。     

氧原子在Be(0001)表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理的计算方法研究了不同覆盖度下O原子在Be(0001)的表面吸附性质。首先确定O吸附在Be(0001)表面的最稳定吸附构型。通过O原子的吸附能,发现O原子更易吸附在hcp位,并且与Be表面发生氧化反应形成BeO。此外,研究了不同覆盖度下的力学性质,结果表明:不同覆盖度下O原子吸附在Be(0001)表面时,基态下均具有稳定结构;铍的抗断裂和拉伸能力随着O原子覆盖度的增大而增大。     

氮掺杂和SnO_2纳米粒子负载对全固态对称型石墨烯超级电容器性能的影响（英文）

电极材料是影响超级电容器性能的主要因素。本研究采用溶剂热法合成石墨烯和氮掺杂石墨烯,通过简单的化学法在其表面负载SnO2纳米粒子。利用刮涂工艺在FTO玻璃表面制备石墨烯、SnO2/石墨烯、氮掺杂石墨烯和SnO2/氮掺杂石墨烯薄膜,并经400℃热处理。分别以制备的石墨烯基薄膜和PVA/H3PO4为电极和电解质组装对称型全固态超级电容器。测试结果表明,与石墨烯相比,氮掺杂石墨烯具有较大的晶粒尺寸、较高的比表面积和较高的超电容性能;SnO2纳米粒子负载可显著提高石墨烯和氮掺杂石墨烯的超电容性能。     

TiCl4和O2在金红石型TiO2(110)表面的吸附机理

基于密度泛函理论(DFT)中广义梯度近似(GGA)下的BLYP、PBE泛函,研究了TiCl_4、O_2在金红石型TiO_2(110)晶胞表面上不同位点的吸附,以及TiCl_4和O_2分子共吸附后在最稳定吸附构型上的解离过程。结果表明,O_2分子在TiO_2(110)晶胞表面上最稳定的吸附位点为氧空位,O_2分子吸附在氧空位后,其中一个O原子与Ti5c原子成键形成桥位氧(O_(bri));另一个O原子形成O增原子(O_(ada)),吸附能为-11.58 kJ/mol,Mulliken电荷布居分析表明O_2分子向表面转移了0.12 eV电荷;TiCl_4分子在TiO_2(110)晶胞表面上最稳定的吸附位点为桥氧位,吸附能为-48.64 kJ/mol,Mulliken电荷布居分析表明TiCl_4分子向晶胞表面转移了0.26 eV电荷;TiCl_4与O_2在各自最佳的吸附位上吸附后,TiCl_4分子在O增原子(O_(ada))的作用下按—TiCl_4→—TiCl_3→—TiCl_2→—TiCl的主要路径发生解离,在TiCl_4分子解离过程中,正反应方向上的活化能垒均小于逆反应方向上的活化能垒,说明TiCl_4分子的解离过程为放热反应。     

空位和Si掺杂对In在石墨烯上吸附的影响

利用第一性原理方法计算了空位和Si(硅)替位掺杂对In(钢)原子在石墨烯上吸附的影响.结果表明:在低覆盖度下,空位比Si替位掺杂更能增强In在石墨烯上的吸附,主要原因在于空位引入更多的悬挂键,加强了In和石墨烯之间相互作用.而对于较高覆盖度,Si替位掺杂却比空位对In吸附在石墨烯上的影响更强.无论是较高覆盖度还是低覆盖度,空位和Si替位掺杂均增强了In在石墨烯上的吸附.     

CaCO3在Fe(100)表面成垢机制的第一性原理研究

本工作基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了CaCO_3在α-Fe表面的成垢机制,并通过对难溶的文石型及方解石型CaCO_3在Fe(100)表面的吸附模型进行模拟计算,获得了它们的能量、电荷密度、能带结构及态密度等几何结构和电子特性。研究结果表明:文石型CaCO_3(文石)先于方解石型CaCO_3(方解石)吸附于α-Fe表面桥位,而后文石会释放部分能量而转变为斜六面体形态的方解石;碳酸钙在铁表面的附着实际是碳酸根中电负性较大的O原子与Fe原子之间发生电荷转移,O 2p轨道电子与Fe 3d轨道电子之间形成了共价键,因此发生了稳定的化学吸附。