镍氧化物复合材料的光电催化性能研究
发布时间：2021-01-15 07:29
本文是应用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了镍氧化物以及镍氧化物与二维层状材料生成的复合物的结构及光电属性。计算了NiO与二维层状类石墨烯材料（石墨烯、氮掺杂石墨烯、氟掺杂石墨烯、g-C3N4）之间复合材料的几何结构、能带结构以及光催化机理。同时还计算了缺陷条件下Ni（OH）2表面的电子性质。具体工作内容如下所示:（一）本节采用第一性原理计算的方法研究了Ni（OH）2以及缺陷态Ni（OH）2的表面性能。计算了Ni（OH）2的纯洁表面与缺陷表面的态密度、结构稳定性等,结果表明,镍空位、氧空位以及镍氧空位均能提高氢氧化镍的导电性能,使得体系由绝缘体相向金属相转变。尤其是两个镍空位存在时,体系结构在热力学上最稳定,体系的导电性能更加优异。同时,比较了Ni（OH）2（001）表面与Ni（OH）2（001）-V2Ni表面对尿素分子的吸附性能,结构证明了Ni（OH）2（001）-V2Ni表面体系呈现富电子态,更加能吸附尿素分子。这些计算结果说明,通过给Ni（OH）2制造各种本征缺陷,能更好地提高其电子传输性能,使其表面活性显著增强。（二）通过模拟计算的方法研究了GR/NiO、GR-N/N...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
β-Ni(OH)2的晶体结构
镍氧化物复合材料的光电催化性能研究6这个整体称为NiOH或NiO2层，NiOH层内的Ni2+与OH-的比值为1:2，NiOH层中的O-H键与c轴方向平行。β-Ni(OH)2它的空间群是P3-m1(brucite)，其晶格参数为a=b=3.12A和c=4.66A，α=β=γ=90°，晶格体积（Volume）=39.2833。图1-1β-Ni(OH)2的晶体结构Fig.1-1Thelatticestructureofβ-Ni(OH)2与Ni(OH)2相比，NiO的结构相对简单，晶体结构为立方晶系，它的晶体结构类似于氯化钠，即岩盐结构。NiO的空间群为简单立方，如图1-2(a)所示，一个完整的NiO的晶胞（ConventionalCell）由四个Ni原子和四个O原子组成，其中每个Ni周围有六个O原子，镍原子在氧原子形成的正八面体的中心。反之亦然，氧原子也处于镍原子形成的正八面体的中心。整个晶体结构可以看作是分别呈面心立方排布的Ni、O交错而成。主要的晶格参数为：a=b=c=4.168，α=β=γ=90°，晶格体积（Volume）=72.4283。其对应的原胞（PrimitiveCell，图1-2(b)）只含有一个Ni原子和O原子，其晶体参数为：a=b=c=2.947，α=β=γ=60°，晶格体积（Volume）=18.1073。图1-2NiO的晶体结构(a:晶胞,b:原胞)Fig.1-2ThelatticestructureofNiO(a:ConventionalCell;b:PrimitiveCell)
青岛科技大学研究生学位论文71.4石墨烯和g-C3N4的晶体结构和性质自从2004年Noloselov[16]在石墨上用胶带高定向剥离出第一片石墨烯以来，研究石墨烯的热潮便高涨起来。一般来说，石墨烯指的是单原子层石墨，结构完全是由C原子组成。如图1-3(a)所示，石墨烯结构是由一个个正六边形衔接而成，每一个正六边形里包含2个C原子和3个C-C键（σ键），构成了石墨烯的基础结构，C原子分别位于六边形的顶点。体系内的每一个C原子都是sp2杂化，剩余的一个p电子参与形成大π键。石墨烯是碳的一种同素异形体，其原子排列成蜂窝晶格结构，使其拥有较大的比表面积（理论上其比表面积可以达到2630m2g1）。它也是一种半金属材料，体系电子传导性很强，使其拥有较高的电子迁移率（理论上可以达到2×105cm2V-1s-1）。由于它是一种二维层状结构材料，体系原子排列异常规整，是体系表现有较好的机械性能，也具有很强抗拉伸强度，故拥有较高的杨氏模量（理论上其杨氏模量可以达到1.1TPa）。石墨烯拥有这些优异性能，使其在电子、能量转换与储层等领域[17]应用广泛。图1-3石墨烯和g-C3N4的晶格结构(a:石墨烯；b:g-C3N4)Fig.1-3Thelatticestructureofgrapheneandg-C3N4(a:graphene;b:g-C3N4)许多二维材料也有与石墨烯相似的结构与性质，它们被统称为类石墨烯二维材料，如g-C3N4，黑磷和MoS2。在众多的二维类石墨烯材料中，二维类石墨氮化物(C3N4)是其中的佼佼者，C3N4一共有5种晶体结构，它们分别是α相、β相、立方相、准立方相和类石墨相。这些结构中最稳定的是类石墨相(g-C3N4)，它与石墨烯的层状结构相似，并且它含有两种同素异形体，即结构单元是s-三嗪单位（C3N3的环）连接而成的g-C3N4和结构单元是三-s-三嗪单位（C6N7的三环）连接而成的g-C3N4。由于含氮孔的位置
【参考文献】：
期刊论文
[1]Chemical vapor deposition growth of two-dimensional heterojunctions[J]. Yu Cui,Bo Li,JingBo Li,ZhongMing Wei. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(01)
本文编号：2978506
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
β-Ni(OH)2的晶体结构
镍氧化物复合材料的光电催化性能研究6这个整体称为NiOH或NiO2层，NiOH层内的Ni2+与OH-的比值为1:2，NiOH层中的O-H键与c轴方向平行。β-Ni(OH)2它的空间群是P3-m1(brucite)，其晶格参数为a=b=3.12A和c=4.66A，α=β=γ=90°，晶格体积（Volume）=39.2833。图1-1β-Ni(OH)2的晶体结构Fig.1-1Thelatticestructureofβ-Ni(OH)2与Ni(OH)2相比，NiO的结构相对简单，晶体结构为立方晶系，它的晶体结构类似于氯化钠，即岩盐结构。NiO的空间群为简单立方，如图1-2(a)所示，一个完整的NiO的晶胞（ConventionalCell）由四个Ni原子和四个O原子组成，其中每个Ni周围有六个O原子，镍原子在氧原子形成的正八面体的中心。反之亦然，氧原子也处于镍原子形成的正八面体的中心。整个晶体结构可以看作是分别呈面心立方排布的Ni、O交错而成。主要的晶格参数为：a=b=c=4.168，α=β=γ=90°，晶格体积（Volume）=72.4283。其对应的原胞（PrimitiveCell，图1-2(b)）只含有一个Ni原子和O原子，其晶体参数为：a=b=c=2.947，α=β=γ=60°，晶格体积（Volume）=18.1073。图1-2NiO的晶体结构(a:晶胞,b:原胞)Fig.1-2ThelatticestructureofNiO(a:ConventionalCell;b:PrimitiveCell)
青岛科技大学研究生学位论文71.4石墨烯和g-C3N4的晶体结构和性质自从2004年Noloselov[16]在石墨上用胶带高定向剥离出第一片石墨烯以来，研究石墨烯的热潮便高涨起来。一般来说，石墨烯指的是单原子层石墨，结构完全是由C原子组成。如图1-3(a)所示，石墨烯结构是由一个个正六边形衔接而成，每一个正六边形里包含2个C原子和3个C-C键（σ键），构成了石墨烯的基础结构，C原子分别位于六边形的顶点。体系内的每一个C原子都是sp2杂化，剩余的一个p电子参与形成大π键。石墨烯是碳的一种同素异形体，其原子排列成蜂窝晶格结构，使其拥有较大的比表面积（理论上其比表面积可以达到2630m2g1）。它也是一种半金属材料，体系电子传导性很强，使其拥有较高的电子迁移率（理论上可以达到2×105cm2V-1s-1）。由于它是一种二维层状结构材料，体系原子排列异常规整，是体系表现有较好的机械性能，也具有很强抗拉伸强度，故拥有较高的杨氏模量（理论上其杨氏模量可以达到1.1TPa）。石墨烯拥有这些优异性能，使其在电子、能量转换与储层等领域[17]应用广泛。图1-3石墨烯和g-C3N4的晶格结构(a:石墨烯；b:g-C3N4)Fig.1-3Thelatticestructureofgrapheneandg-C3N4(a:graphene;b:g-C3N4)许多二维材料也有与石墨烯相似的结构与性质，它们被统称为类石墨烯二维材料，如g-C3N4，黑磷和MoS2。在众多的二维类石墨烯材料中，二维类石墨氮化物(C3N4)是其中的佼佼者，C3N4一共有5种晶体结构，它们分别是α相、β相、立方相、准立方相和类石墨相。这些结构中最稳定的是类石墨相(g-C3N4)，它与石墨烯的层状结构相似，并且它含有两种同素异形体，即结构单元是s-三嗪单位（C3N3的环）连接而成的g-C3N4和结构单元是三-s-三嗪单位（C6N7的三环）连接而成的g-C3N4。由于含氮孔的位置
【参考文献】：
期刊论文
[1]Chemical vapor deposition growth of two-dimensional heterojunctions[J]. Yu Cui,Bo Li,JingBo Li,ZhongMing Wei. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(01)
本文编号：2978506
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