硼、碳二维同素异构体结构探索及应用研究

发布时间：2021-07-06 08:19

　　本文基于密度泛函理论并结合实验报导,详细研究了硼、碳二维同素异构提结构及其应用。首先,我们理论上提出了以环戊[c,d]戊搭烯分子作为前驱体所组成的二维多孔碳同素异构体结构,计算结果表明,组装后的h-PAMS（Polymerized Acepentalene Membrane Sheets）结构具有较好的稳定性。其π能带具有狄拉克费米子特性,狄拉克锥位于Γ点处的费米能级以下,穿过费米面从而实现载流子的高迁移率。同时,h-PAMS结构具有各向异性的力学性质,能够在高达0.9 eV/atom变化的应变负荷下保持结构完整,支持其在高性能纳米导电材料方面的潜在应用。接下来我们探究了h-PAMS材料在锂离子电池领域的应用潜能。本文对h-PAMS结构的单层及块体材料中锂的存储及扩散行为进行计算分析。结果表明,在h-PAMS材料中最大储量为676.49 mAh/g,平均开路电压较低。此外,锂在h-PAMS材料上的扩散和穿透势垒分别只有0.35 eV和0.61 eV,充放电过程中堆垛的多层材料的体积膨胀也仅为约10%。因此,h-PAMS材料作为锂离子电池负极材料具有很大的潜力。最后探究了通过引入过渡金属... 

【文章来源】：济南大学山东省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

平面硼团簇

币?入一个外部电子和两个相邻的六边形空位时，基态变为准平面异构体，如图1.1（d）所示。对于较大的硼团簇，较高的密度和均匀分布的六边形空位可以进一步降低总能量，使平面或者准平面结构处于基态，如图1.1（e）所示[33]。因此，平面硼团簇可以通过多电子的衬底来稳定，也可以通过空位来平衡，六边形空位的引入很好地稳定了准平面结构，这一结论可以推广到相应的二维体系中。Tang和Ismail在理论上预测了由三角形孔洞和六边形孔洞组成的硼烯结构[34]，并且目前已有学者成功合成了几种不同原子厚度的二维硼烯材料[35-37]（见图1.2）。图1.2实验上已经合成的四种原子层厚度的硼烯结构。（a）Ag（111）面上的三角形孔洞的硼烯结构。（b）Ag（111）面上的3硼烯结构。（c）Ag（111）面上的12硼烯结构。（d）Al衬底上的类石墨烯结构的硼烯。（图片来源：参考文献35，36，37）硼烯的成功制备也大大加快了硼烯材料基础研究和潜在应用研究的进程，并由此展现出很多新的性能，而不同构型硼烯的金属硼化物也成为了学者们研究的热点。1.2.2硼的合金材料合金材料是指由两种或者两种以上的金属与金属或者非金属元素结合形成的材料。已有研究表明在材料中引入金属可能会给材料在磁学和电子学方面带来优异的特性，例如2014年Li等通过全局结构搜索预测了准平面构型的Be2C[38]，类石墨烯结构的Be六边形孔洞中心包含有一个C原子，该结构动力学与热学稳定，类似的结构还有Cu2Si[39]，一个Si原子与周围六个Cu原子成键形成准平面结构，构型稳定且性质优异，CdS[40]也是比较有代表性的合金结构，该材料全部由六边形孔洞组成，Cd:S=1:1的比例，在六边

济南大学硕士学位论文17图3.1（a）环戊[c,d]戊搭烯分子。（b）600K下分子动力学模拟的时间与能量关系曲线，插图为分子动力学模拟时脱氢的环戊[c,d]戊搭烯分子的初始结构与模拟结束后的结构。（c）-（e）脱氢后的环戊[c,d]戊搭烯分子通过不同的组合方式得到的h-PAMS、FAMS和r-PAMS。（f）h-PAMS、FAMS和r-PAMS和部分2D碳同素异形体的内聚能。绿球、红球和蓝球分别代表如图位置的不等价碳原子。


本文编号：3267882