XB（X=As，Sb，Bi）及h-MgH2结构与性能调控研究

论文摘要

二维材料因其优异的电子、光学以及拓扑性质,在传感器、微电子等领域具有很好的应用前景。一.我们采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了 XB（X为As、Sb、Bi）以及功能化修饰XB（XBZ2,Z为H、Cl、Br、I）单层薄膜的电子性质、光学性质和拓扑性质。声子谱的计算结果表明,除了 AsBI2和 SbBI2外,AsBH2、SbBH2、BiBH2、AsBCl2、SbBCl2、BiBCl2、AsBBr2、SbBBr2、BiBBr2、BiBI2十种结构都是动力学稳定的。电子结构研究表明AsBH2和SbBH2是适用于光催化分解水的光催化剂;BiBI2和BiBBr2属于二维本征拓扑绝缘体,且BiBI2具有0.43 eV的体带隙;BiBCl2、BiBH2、SbBBr2、AsBBr2、SbBCl2 和 AsBCl2 薄膜在 2%、10%、10%、12%、14%和18%的双轴拉伸应变下,能够发生拓扑相变,从普通半导体转变为非平庸的拓扑绝缘体。研究表明,功能化修饰以及外部拉伸应变作用下,能够有效地调控带隙的大小和能带的边缘态,拓展了二维XB在光催化剂和良好拓扑绝缘体中的应用。二.我们理论预测了一种新的h-MgH2结构。研究了纯的以及过渡金属（Ti、V、Mn）掺杂的h-MgH2的稳定性、电子性质和脱氢性质。声子谱和形成焓的计算结果表明,该体系具有良好的热动力学稳定性。电子性质的研究表明,引入过渡金属可以弱化H与金属间的相互作用,从而降低h-MgH2的热稳定性,改善h-MgH2的脱氢动力学性能。

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ABSTRACT

符号说明

第1章绪论

1.1 二维材料的研究现状

1.2 轻元素氢化物储氢的研究现状

1.3 本文的主要内容

1.3.1 功能化修饰的AsB/SbB/BiB二维薄膜相关性质的研究

2的设计与结构相关性的研究'> 1.3.2 h-MgH₂的设计与结构相关性的研究

1.4 第一性原理计算方法简介

1.5 密度泛函理论

1.5.1 Hohenberg-Kohn定理

1.5.2 Kohn-Sham方程

1.5.3 交换关联泛函

1.6 Wannier90及WannierTools简介

第2章功能化修饰AsB/SbB/BiB的光电性质及拓扑性质研究

2.1 前言

2.2 计算细节

2.3 AsB/SbB/BiB单层的电子性质和光学性质

2.3.1 AsB/SbB/BiB单层的电子性质

2.3.2 AsB/SbB/BiB单层的光学性质

2.4 氢化AsB/SbB/BiB单层的电子性质和光催化性质

2.4.1. 氢化AsB/SbB/BiB单层结构稳定性

2.4.2 氢化AsB/SbB/BiB单层结构的电子性质

2.4.3 全氢化AsB/SbB/BiB光催化性质

2.4.4 双轴应力对全氢化AsB/SbB光催化性质的调控

2.5 卤化AsB/SbB/BiB单层的电子性质和拓扑性质

2.5.1. 卤化AsB/SbB/BiB单层结构稳定性

2.5.2. 卤化AsB/SbB/BiB单层结构的电子性质

2.5.3. 卤化AsB/SbB/BiB单层结构的拓扑性质

2.5.4. 双轴应力对卤化AsB/SbB/BiB拓扑性质的调控

2.6 本章小结

2的结构相关性质的研究'>第3章 h-MgH₂的结构相关性质的研究

3.1 前言

3.2 计算细节

3.3 结果与讨论

2结构的设计'> 3.3.1 h-MgH₂结构的设计

2结构的稳定性'> 3.3.2 h-MgH₂结构的稳定性

2结构的电子性质'> 3.3.3 h-MgH₂结构的电子性质

2结构的脱氢性能'> 3.3.4 h-MgH₂结构的脱氢性能

3.4 本章小结

第4章结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

导师简介

作者简介

附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 龚旭

导师: 邵晓红

关键词: 第一性原理,功能化,掺杂,电子性质,拓扑性质,脱氢性质

来源: 北京化工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 北京化工大学

基金: 国家自然科学基金

分类号: O641;O469

DOI: 10.26939/d.cnki.gbhgu.2019.000357

总页数: 69

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