SW缺陷石墨烯铝原子吸附能的第一性原理研究

基于密度泛函理论（DFT）和广义梯度近似（GGA）,对SW（Stone--Wales）陷石墨烯的结构和吸附能进行了研究,计算了石墨烯吸附Al原子前后的能带结构,态密度和吸附能,计算结果表明,掺杂SW缺陷有利于石墨烯和具有自由电子的金属原子的吸附结合,与未掺杂时对比,掺杂SW缺陷可显著提高石墨烯片的吸附能。     

单层石墨烯表面钠原子吸附行为的第一性原理

构建了3种典型的石墨烯吸附钠原子模型(Na_xC_(72)(1≤x≤7)),采用密度泛函理论对其进行了系统计算,研究了最低能量构型的吸附能、平均电压、重叠布居以及原子布居、电荷密度差分、电子局域密度和态密度等性质。通过吸附能确定石墨烯表面最可能的钠原子吸附形式,当钠原子吸附数量x5时,钠原子优先以双面吸附的形式吸附于石墨烯表面;当x≥5时,钠原子以团簇的形式吸附于石墨烯表面。平均电压计算结果表明,随着x的增加,平均电压先降低后出现升高趋势,对应x=4时石墨烯吸附钠的最大容量达124 mAh/g。电荷密度差分、电子局域密度及Mulliken布居分析表明,临近石墨烯表面的钠原子3s电子转移至石墨烯的反键π轨道,钠原子和碳原子之间形成弱离子键,距离石墨烯表面较远的钠原子3s电子与周围钠原子共享,钠原子之间形成金属键。态密度计算结果表明,随着x的增加,Na_xC_(72)(1≤x≤7)的费米能级向石墨烯反键π轨道移动,导电性增强。     

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。     

Mn掺杂单空位缺陷碳纳米管吸附NH_3分子的第一性原理研究

研究本征碳纳米管、单空位缺陷碳纳米管、Mn掺杂碳纳米管和Mn掺杂单空位缺陷碳纳米管对NH_3分子的吸附效果。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对各个模型的吸附能、吸附距离、电荷转移量、电子密度等的分析后发现:单空位缺陷有利于提高碳纳米管对NH_3分子的吸附效果,但碳纳米管未能与NH_3分子形成化学吸附;掺杂Mn原子能大大提高单空位缺陷碳纳米管与NH_3间的吸附能和电荷转移量,同时减小其吸附距离,说明Mn原子掺杂的单空位缺陷碳纳米管能够对NH3分子产生化学吸附。Mn原子掺杂单空位缺陷碳纳米管作为NH_3气敏材料值得后续深入研究。     

石墨烯吸附甲醛的第一性原理研究

采用第一性原理研究了甲醛分子吸附于本征石墨烯、缺陷石墨烯和掺杂石墨烯的体系.通过计算石墨烯掺杂前后对甲醛气体的吸附能、电荷转移及能带和态密度,发现掺杂Pt后甲醛分子吸附能和电荷转移显著增大,这是由于Pt的掺杂在本征石墨烯能带中引入了杂质能级,增强了石墨烯和甲醛分子间的相互作用,可以提高石墨烯对甲醛气体的气敏响应速度和吸附能力.     

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。     

Si表面吸附GaN的第一性原理研究

为了更好地了解Si表面对CaN的吸附,利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了Si(100)和Si(111)弛豫表面分别吸附GaN的电子结构、吸附能大小以及其态密度图.计算结果表明,相对于Si(111)表面,Si(100)表面更容易吸附GaN,在同等实验条件下,在Si(100)表面应更容易沉积GaN薄膜.采用ECR-MOPECVD工艺,于低温下在Si(100)衬底上沉积得到了GaN薄膜,XRD谱图表明该薄膜是一种晶体结构和无定形结构的混合结构.     

硝酸掺杂对Li在石墨烯表面吸附,迁移行为影响的第一性原理研究

为了研究硝酸掺杂对Li吸附在石墨烯表面的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了Li在本征石墨烯表面及硝酸掺杂的石墨烯表面的吸附性质、电学性质及迁移行为。结果表明,硝酸掺杂后,Li原子在石墨烯表面的最稳定吸附由H位变为B位;硝酸处理使Li原子在石墨烯表面吸附更稳定,在H位、B位、T位吸附的吸附能分别增大了2.176,2.816,2.747eV。Li原子吸附在NO_3~--石墨烯体系表面后,存在3方面的电荷转移:Li→石墨烯,石墨烯→NO_3~-,Li→NO_3~-;Li原子在NO_3~--石墨烯体系表面的吸附既有N型掺杂,也有P型掺杂。硝酸掺杂降低了Li原子在石墨烯表面的迁移激活能,使Li原子在NO_3~--石墨烯表面更容易迁移。     

Mn掺杂单空位缺陷碳纳米管吸附NH3分子的第一性原理研究北大核心CSCD

研究本征碳纳米管、单空位缺陷碳纳米管、Mn掺杂碳纳米管和Mn掺杂单空位缺陷碳纳米管对NH3分子的吸附效果。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对各个模型的吸附能、吸附距离、电荷转移量、电子密度等的分析后发现:单空位缺陷有利于提高碳纳米管对NH3分子的吸附效果,但碳纳米管未能与NH3分子形成化学吸附;掺杂Mn原子能大大提高单空位缺陷碳纳米管与NH3间的吸附能和电荷转移量,同时减小其吸附距离,说明Mn原子掺杂的单空位缺陷碳纳米管能够对NH3分子产生化学吸附。Mn原子掺杂单空位缺陷碳纳米管作为NH3气敏材料值得后续深入研究。     

采用第一性原理方法研究Nb-Si-N表面单原子绕岛吸附与迁移

针对Nb-Si-N纳米复合薄膜在沉积过程中Nb、Si、N单原子与NbN晶粒相遇之后聚集与分离情况进行了研究。采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理超软赝势平面波计算方法分别计算了Nb、Si、N各单原子在NbN(001)表面绕2N2Nb岛的吸附作用和迁移过程。计算结果表明,Nb、Si、N单原子在2N2Nb岛旁边的吸附能最大位置分别为P3、P1、P2,吸附能分别为7.3067,5.3521和6.7113eV;Nb、Si、N单原子绕2N2Nb岛的迁移所需的激活能分别为2.62,1.35和5.094eV。吸附能与迁移激活能较小的Si原子为激活元素促进了其它原子的扩散进而提高薄膜的致密性。沉积过程中具有较小激活能的Si原子极易围绕2N2Nb岛迁移将NbN晶粒分隔,阻止晶粒长大进而细化晶粒。     

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。     

空位缺陷对ZnNb2O6光电特性影响的第一性原理研究

铌酸盐类物质,如LiNbO3,KNbO3,LnNbO4(Ln=Pr,La,Ga,Y)等,表现出优良的光敏特性,受到广泛关注,但过渡金属类铌酸盐研究较少,其光电特性与空位缺陷的关系尚无深入探讨.基于密度泛函理论第一性原理方法,本研究探讨了空位缺陷对ZnNb2O6体系光电特性的影响.通过对各体系几何结构、电子结构和光电谱的...     

硫在镍基合金钝化膜NiO表面吸附的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,分析S在镍基合金钝化膜NiO表面吸附后的表面弛豫和电子结构。结果表明:S在NiO表面最稳定吸附位为桥位。S的吸附使得NiO表面带负电,因此S吸附后基底更加稳定。S在NiO表面的吸附主要为吸热过程,NiO表面对S原子有排斥作用。S吸附后与NiO表面的O原子发生键合作用,S与NiO表面O原子的耦合杂化使得O原子有轻微脱离NiO基底的趋势。     

MgO表面的第一性原理研究

MgO薄膜被认为是等离子体显示器件中介质保护膜的最理想材料。本文基于第一性原理的密度泛函理论,结合格林函数G和动力学屏蔽库仑相互作用W纠正和Bethe-Salpeter方程的求解,研究了MgO不同晶面取向表面结构的电子特性和光谱特性。在分析不同晶面取向表面能带结构、态密度分布的基础上,估算了相应的二次电子发射系数。结果表明:(100)、(110)和(111)三种晶面取向,(100)禁带宽度最小,二次电子发射系数最大。而(111)晶面吸附氢原子后,禁带宽度显著减小,二次电子发射系数优于(100)晶面,是高Xe、高气压工作气体下等离子体显示器介质保护层材料MgO的优选取向。激子光谱计算结果表明,MgO表面有强激子效应,有利于外电子发射。合理选择MgO晶面取向,可有效提高等离子体显示器放电效率、降低其着火电压,减小Jitter时间。     

单点缺陷氧化石墨烯电子结构与光学特性的第一性原理研究

本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,在局域密度近似和广义梯度近似下,研究了单点缺陷下不同结构氧化石墨烯的电子结构和光学特性。研究结果表明:文中四种构型的氧化石墨烯为力学稳定结构,其中包含不饱和氧原子的氧化石墨烯结构在水裂解及制氢中具有重要应用潜力。能带及分波态密度计算结果表明,包含不饱和氧原子的构型为间接带隙半导体,其余构型均为直接带隙半导体,且掺杂类型和带隙值随结构不同而改变。氧化石墨烯的光学吸收表现为各向异性,且在垂直于平面方向上的吸收边蓝移到近紫外可见光区。包含sp3杂化形式的结构光学吸收系数比包含sp2杂化的结构高,说明碳氧双键和悬挂键的存在对吸收光谱有重要影响。     

石墨烯能带结构调控的第一性原理研究

采用第一性原理方法,系统研究了单轴应变状态下纳米级孔洞和层数对石墨烯能带结构的影响,结果表明,其带隙不但与层数的奇偶性有关,而且对单轴应变的大小和孔洞存在与否非常敏感,这些均可归因于层间/层内结构的不对称性。     

Fe掺杂空位缺陷碳纳米管吸附SO_2分子:第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了本征碳纳米管、空位缺陷碳纳米管和Fe掺杂空位缺陷碳纳米管对SO_2分子的吸附性能。对几何结构、吸附能、电荷转移及电荷密度的分析结果显示,空位缺陷碳纳米管对SO_2分子的吸附作用稍强于本征碳纳米管,但与SO_2分子仍未形成化学吸附;掺杂Fe原子后,空位缺陷碳纳米管与SO_2分子间的吸附距离变小,吸附能和电荷转移量增加,二者间形成化学吸附,且碳纳米管对SO_2分子S原子端的吸附效果优于O原子端。能带和态密度分析发现,掺杂Fe原子提高了碳纳米管的费米能级,使带隙变窄,电导率增大;Fe原子与SO_2分子的态密度在费米能级处有明显的提升且二者发生强烈耦合,增强了碳纳米管与SO_2分子间的吸附作用。     

甲醛在TiO2表面吸附的第一性原理研究

利用密度泛函理论研究了HCHO分子在TiO2金红石(110)面和锐钛矿(101)面上的吸附,结果表明甲醛在这些面上均能形成稳定的化学吸附与物理吸附。在物理吸附中,分子构型受吸附的影响均十分微弱。而在化学吸附中,甲醛分子明显变形,甲醛分子与表面的2配位O原子(O2C)一起形成双氧甲基(CH2O2)物种。化学吸附导致HCHO分子中的羰基延长14%~17%,表明吸附削弱了分子内原子之间的作用,从而有利于分解。此外,在这两种表面中,金红石(110)面对HCHO较强的吸附显示了其活性比锐钛矿(101)面高。     

Nb-Si-N纳米复合薄膜表面吸附与迁移的第一性原理研究

针对Nb-Si-N纳米复合薄膜在沉积过程中各原子的成核过程和生长取向,采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理超软赝势平面波计算方法分别计算了Nb、Si、N各单原子在NbN(001)表面6个对称位的吸附作用和迁移过程。吸附作用的计算获得各原子的势能面,其中Nb在NbN(001)表面最低能量位置为HL位,N、Si最低能量位置处于HL位与TopN位之间。势能面计算结果确定各单原子在NbN(001)表面迁移的路径分别为,Nb原子和Si原子均为从TopN位置迁移到HL位置;N原子分别从TopNb位置和TopN-HL位置迁移到HL位置。Nb、Si、N各单原子在NbN(001)表面迁移激活能分别为0.32,0.69和1.32eV。     

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。