Li吸附对双层α-硼烯功函调控作用的理论研究
发布时间：2021-03-31 05:33
硼烯基纳米复合体是一种极具潜力的电极材料,因此硼烯的功函调控对于最大化器件的能量转换效率及性能至关重要.本工作基于第一性原理密度泛函理论,研究了Li吸附对双层α-硼烯（DBBP）的结构、电子性质和功函的影响及影响Lin/DBBP功函变化的因素（如基底变形、电子转移、真空和费米能级）.结果表明, Li吸附可将DBBP的功函从4.65e V调低至1.96～4.46 e V,优于文献报道的Li吸附单层BBP （从4.16 e V调至2.31～3.67 e V）、双层石墨烯中插入Li （3.4～3.9 e V）和K （3.3～3.8 e V）的功函调控效果.其中, Li2（D）/DBBP （3.73 e V）和Li3（D）/DBBP的功函（2.91 e V）分别与常用的电极材料Mg （3.68 e V）和Ca （2.90 e V）相近, Li4（D）/DBBP的功函（1.96e V）甚至低于Ca.本研究表明Li吸附是降低DBBP功函的一种简单而有效的方法,具有金属性和低功函的Li吸附DBBP纳米材料在电子器件中的阴极材料方面具有...
【文章来源】：化学学报. 2020,78(04)北大核心SCICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
带褶皱的α-硼烯(BBP)的结构和(b)双层α-硼烯(DBBP)的结构.LB-B表示平均B—B键长Figure1(a)Structuresofbuckledα-borophene(BBP)and(b)doublelayerα-borophene(DBBP).LB-BistheaverageB—Bbondlength
化学学报研究论文ActaChim.Sinica2020,78,344—3542020ShanghaiInstituteofOrganicChemistry,ChineseAcademyofScienceshttp://sioc-journal.cn347Lin(S)/DBBP或Lin(D)/DBBP来表示单/双侧Li原子吸附DBBP结构;其中,S表示Li原子在DBBP的单侧吸附,而D表示Li原子在DBBP的双侧吸附.图2(a)DBBP和(b)～(f)Lin/DBBP(n＝1～4)的几何结构.L表示平均Li—B键长Figure2Optimizedstructuresof(a)DBBPand(b)～(f)Lin/DBBP(n＝1～4).ListheaverageLi—Bbondlength优化结果表明,Lin/DBBP体系中Li—B平均键长范围为0.237～0.238nm(图2和支持信息表S1),与Lin/BBP体系中的Li—B平均键长(0.231～0.244nm)[52]和Li/δ6-硼烯体系的Li—B平均键长(0.2361nm,本研究;0.2386nm,文献[70])均非常接近;说明单双侧吸附结构及吸附基底的变化对Li—B平均键长的影响均较小.这是由于三种吸附结构中Li—B的成键方式几乎完全一致,均为离子键特征(Li原子平均Bader电荷均在0.87～0.88e,见支持信息表S1)和sp(Li)—p(B)相互作用(见3.3节态密度部分讨论和支持信息图S7)[52].为表征DBBP体系吸附前后上、下两层之间层间距的变化情况,本工作将层间距(D)和平均层间距(Da)分别定义为:D＝Zt,min－Zb,max(2)Da＝Zt,aver－Zb,aver(3)其中,Zt,min表示DBBP上层平面所有硼原子中Z坐标的最低值;Zb,max表示DBBP下层平面所有硼原子中Z坐标的最高值;Zt,aver
化学学报研究论文352http://sioc-journal.cn2020ShanghaiInstituteofOrganicChemistry,ChineseAcademyofSciencesActaChim.Sinica2020,78,344—354图11DBBP、DBBP(1)、DBBP(2)、Lin/DBBP的平均功函随HC变化趋势图.平均功函是指同一覆盖度不同构型功函的平均值Figure11AverageworkfunctionsofDBBP,DBBP(1),DBBP(2),andLin/DBBPsystemsasafunctionofHC.TheaverageworkfunctionistheaveragevalueoftheworkfunctionsofdifferentconfigurationsunderthesameHC图12Lin/DBBP的(a)费米能级、(b)真空能级、(c)功函随吸附Li原子总Bader和Hirshfeld电荷(Qtotal)变化趋势图Figure12(a)EF,(b)Evacand(c)workfunctionsofLin/DBBPsystemsasafunctionoftotalBaderandHirshfeldcharges(Qtotal)ofLiadatomsinLin/DBBPQtotal的增加呈线性(R2＝0.99,Bader;R2＝0.99,Hirshfeld)下降趋势(图12(c)),即,吸附的Li原子向基底转移的电子数越多,功函越低.这些结果表明,导致Lin/DBBP体系功函降低的决定性因素为吸附基团与基体的电子转移(吸附原子和基体之间的成键作用诱导产生的基体电荷重新排布);而吸附诱导产生基体的几何变化仅为次要因素.考虑到吸附基团与基体的电子转移为Lin/DBBP体系功函降低的决定性因素,直接向体系施加负电荷是否能更加有效地降低功函？为证实上述设想,计算了带一个负电荷的DBBP′(DBBP′(－1))和带两个负电荷的DBBP′(DBBP′(－2))的功函;每一HC下不同构型的平均功函,如图11绿色线和红色线
本文编号：3110888
【文章来源】：化学学报. 2020,78(04)北大核心SCICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
带褶皱的α-硼烯(BBP)的结构和(b)双层α-硼烯(DBBP)的结构.LB-B表示平均B—B键长Figure1(a)Structuresofbuckledα-borophene(BBP)and(b)doublelayerα-borophene(DBBP).LB-BistheaverageB—Bbondlength
化学学报研究论文ActaChim.Sinica2020,78,344—3542020ShanghaiInstituteofOrganicChemistry,ChineseAcademyofScienceshttp://sioc-journal.cn347Lin(S)/DBBP或Lin(D)/DBBP来表示单/双侧Li原子吸附DBBP结构;其中,S表示Li原子在DBBP的单侧吸附,而D表示Li原子在DBBP的双侧吸附.图2(a)DBBP和(b)～(f)Lin/DBBP(n＝1～4)的几何结构.L表示平均Li—B键长Figure2Optimizedstructuresof(a)DBBPand(b)～(f)Lin/DBBP(n＝1～4).ListheaverageLi—Bbondlength优化结果表明,Lin/DBBP体系中Li—B平均键长范围为0.237～0.238nm(图2和支持信息表S1),与Lin/BBP体系中的Li—B平均键长(0.231～0.244nm)[52]和Li/δ6-硼烯体系的Li—B平均键长(0.2361nm,本研究;0.2386nm,文献[70])均非常接近;说明单双侧吸附结构及吸附基底的变化对Li—B平均键长的影响均较小.这是由于三种吸附结构中Li—B的成键方式几乎完全一致,均为离子键特征(Li原子平均Bader电荷均在0.87～0.88e,见支持信息表S1)和sp(Li)—p(B)相互作用(见3.3节态密度部分讨论和支持信息图S7)[52].为表征DBBP体系吸附前后上、下两层之间层间距的变化情况,本工作将层间距(D)和平均层间距(Da)分别定义为:D＝Zt,min－Zb,max(2)Da＝Zt,aver－Zb,aver(3)其中,Zt,min表示DBBP上层平面所有硼原子中Z坐标的最低值;Zb,max表示DBBP下层平面所有硼原子中Z坐标的最高值;Zt,aver
化学学报研究论文352http://sioc-journal.cn2020ShanghaiInstituteofOrganicChemistry,ChineseAcademyofSciencesActaChim.Sinica2020,78,344—354图11DBBP、DBBP(1)、DBBP(2)、Lin/DBBP的平均功函随HC变化趋势图.平均功函是指同一覆盖度不同构型功函的平均值Figure11AverageworkfunctionsofDBBP,DBBP(1),DBBP(2),andLin/DBBPsystemsasafunctionofHC.TheaverageworkfunctionistheaveragevalueoftheworkfunctionsofdifferentconfigurationsunderthesameHC图12Lin/DBBP的(a)费米能级、(b)真空能级、(c)功函随吸附Li原子总Bader和Hirshfeld电荷(Qtotal)变化趋势图Figure12(a)EF,(b)Evacand(c)workfunctionsofLin/DBBPsystemsasafunctionoftotalBaderandHirshfeldcharges(Qtotal)ofLiadatomsinLin/DBBPQtotal的增加呈线性(R2＝0.99,Bader;R2＝0.99,Hirshfeld)下降趋势(图12(c)),即,吸附的Li原子向基底转移的电子数越多,功函越低.这些结果表明,导致Lin/DBBP体系功函降低的决定性因素为吸附基团与基体的电子转移(吸附原子和基体之间的成键作用诱导产生的基体电荷重新排布);而吸附诱导产生基体的几何变化仅为次要因素.考虑到吸附基团与基体的电子转移为Lin/DBBP体系功函降低的决定性因素,直接向体系施加负电荷是否能更加有效地降低功函？为证实上述设想,计算了带一个负电荷的DBBP′(DBBP′(－1))和带两个负电荷的DBBP′(DBBP′(－2))的功函;每一HC下不同构型的平均功函,如图11绿色线和红色线
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