无机钙钛矿及二维材料的理论设计及其在光电领域的应用
发布时间：2021-09-24 10:41
面对日益严峻的环境污染和能源短缺危机,寻找高效、清洁、可持续的能源材料成为解决问题的关键。氢气是最有可能替代传统能源的新型材料,而利用太阳能或将太阳能转化为电能分解水制氢,是目前最为理想的途径。为实现这一目的,寻找合适的光/电催化剂成为研究热点。无机钙钛矿材料作为重要的氧化物半导体材料,具有结构稳定、制备成本低廉、安全无毒、资源丰富等优点,广泛应用于光电领域。但是,无机钙钛矿作为宽带隙半导体仅能响应紫外光区域,而对占太阳光绝大部分的可见光不能吸收,使太阳光利用率低下。因此,窄化无机钙钛矿的禁带宽度并使其光吸收带边向可见光方向扩展,是促进其实现光电领域应用的前提。另一方面,二维材料中的过渡金属硫属化合物是目前电催化析氢反应研究的一大热点,并被普遍认为是有希望替代目前应用较广的贵金属成为新型催化剂材料。本文围绕无机钙钛矿和二维材料中的BaTi03和MoSe2两种材料,通过第一性原理计算软件VASP研究两类材料的掺杂改性。研究内容主要有:（1）通过对BaTiO3进行17种金属掺杂改性研究,本文探讨不同金属掺杂对立方型BaTi03的晶体结构、结合能、电子结构、载流子有效质...
【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?ＡＢＯ；的晶体结构，Ａ为半径较大的金属元素；Ｂ为半径较小的金属元素；Ｘ为Ｏ
Ｍ为过渡金属元素，包括ＩＶ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等）、Ｖ族（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ等）和ＶＩ族（Ｍｏ、??Ｗ?等），Ｘ?为硫族元素（Ｓ、Ｓｅ?和?Ｔｅ）?（Ｃｈｈｏｗａｌｌａｅｔａｌ．，２０１３；?Ｗｉｌｓｏｎ?ｅｔａｌ．，?１９６９；?Ｗａｎｇ??ｅｔａｌ．，?２０１２）。如图１－４所示，这类物质的体相材料通常是单层结构通过范德华力连接，??４??
Ｂｅｎａｖｅｎｔｅｅｔａｌ．，２００２）：①２Ｈ型：每个单元由两层结构组成，具有六角对称性。②３Ｒ??型：每个单元由三层结构组成，具有斜方六面体对称。③１Ｔ型：每个单元由单层结??构组成，具有正方对称性。结构示意图如图１－５所示，其中１Ｔ型与３Ｒ型是亚稳态结??构，２Ｈ型是稳定构型，１Ｔ型在３００°Ｃ时会转变为稳定的２Ｈ型。１Ｔ型属于金属，而??２Ｈ?型为半导体性质（Ｄａｓ?ｅｔ?ａｌ．，２０１５；?Ｙａｎｇ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１４）。??＾ＸＸＸＸＸＸＸ??图１－４?２Ｈ和ＩＴ相ＭＸ２的晶体结构。２Ｈ－ＭＸ２晶体结构单胞、俯视图及侧视图分别为（ａ）、??（ｂ）、（ｃ）；?ＩＴ相晶体结构的单胞、俯视图及侧视图分别为（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）。图中蓝色原子表示??过渡金属元素（Ｍ），黄色原子表示硫属元素（Ｘ）。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?２Ｈ?ａｎｄ?ＩＴ?ｐｈａｓｅ?ＭＸ２．?Ｔｈｅ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ，?ｔｈｅ?ｔｏｐ?ｖｉｅｗ?ａｎｄ?ｔｈｅ??ｓｉｄｅ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｈｅ?２Ｈ?ｐｈａｓｅ?ａｒｅ?（ａ），?（ｂ）?ａｎｄ?（ｃ），?ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．?Ｔｈｅ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ，?ｔｈｅ?ｔｏｐ?ｖｉｅｗ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｓｉｄｅ??ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＩＴ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｒｅ?（ｄ），?（ｅ）?ａｎｄ?（ｆ），?ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．?Ｔｈｅ?ｂｌｕｅ?ａｔｏｍ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｆｉｇｕｒｅ??ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ?ｔｈｅ?ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?ｍｅｔａｌ?ｅｌｅｍｅｎｔ?（Ｍ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of N concentration on electronic and optical properties of N-doped PbTiO3[J]. 赵银女,闫金良. Journal of Semiconductors. 2015(09)
[2]First-principles study of the electronic and optical properties of the （Y,N）-codoped anatase TiO2 photocatalyst[J]. 林彦明,姜振益,胡晓云,张小东,樊君,苗慧,商毅博. Chinese Physics B. 2012(03)
本文编号：3407613
【文章来源】：海南大学海南省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?ＡＢＯ；的晶体结构，Ａ为半径较大的金属元素；Ｂ为半径较小的金属元素；Ｘ为Ｏ
Ｍ为过渡金属元素，包括ＩＶ族（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等）、Ｖ族（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ等）和ＶＩ族（Ｍｏ、??Ｗ?等），Ｘ?为硫族元素（Ｓ、Ｓｅ?和?Ｔｅ）?（Ｃｈｈｏｗａｌｌａｅｔａｌ．，２０１３；?Ｗｉｌｓｏｎ?ｅｔａｌ．，?１９６９；?Ｗａｎｇ??ｅｔａｌ．，?２０１２）。如图１－４所示，这类物质的体相材料通常是单层结构通过范德华力连接，??４??
Ｂｅｎａｖｅｎｔｅｅｔａｌ．，２００２）：①２Ｈ型：每个单元由两层结构组成，具有六角对称性。②３Ｒ??型：每个单元由三层结构组成，具有斜方六面体对称。③１Ｔ型：每个单元由单层结??构组成，具有正方对称性。结构示意图如图１－５所示，其中１Ｔ型与３Ｒ型是亚稳态结??构，２Ｈ型是稳定构型，１Ｔ型在３００°Ｃ时会转变为稳定的２Ｈ型。１Ｔ型属于金属，而??２Ｈ?型为半导体性质（Ｄａｓ?ｅｔ?ａｌ．，２０１５；?Ｙａｎｇ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１４）。??＾ＸＸＸＸＸＸＸ??图１－４?２Ｈ和ＩＴ相ＭＸ２的晶体结构。２Ｈ－ＭＸ２晶体结构单胞、俯视图及侧视图分别为（ａ）、??（ｂ）、（ｃ）；?ＩＴ相晶体结构的单胞、俯视图及侧视图分别为（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）。图中蓝色原子表示??过渡金属元素（Ｍ），黄色原子表示硫属元素（Ｘ）。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?２Ｈ?ａｎｄ?ＩＴ?ｐｈａｓｅ?ＭＸ２．?Ｔｈｅ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ，?ｔｈｅ?ｔｏｐ?ｖｉｅｗ?ａｎｄ?ｔｈｅ??ｓｉｄｅ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｈｅ?２Ｈ?ｐｈａｓｅ?ａｒｅ?（ａ），?（ｂ）?ａｎｄ?（ｃ），?ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．?Ｔｈｅ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ，?ｔｈｅ?ｔｏｐ?ｖｉｅｗ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｓｉｄｅ??ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＩＴ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｒｅ?（ｄ），?（ｅ）?ａｎｄ?（ｆ），?ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．?Ｔｈｅ?ｂｌｕｅ?ａｔｏｍ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｆｉｇｕｒｅ??ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ?ｔｈｅ?ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?ｍｅｔａｌ?ｅｌｅｍｅｎｔ?（Ｍ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of N concentration on electronic and optical properties of N-doped PbTiO3[J]. 赵银女,闫金良. Journal of Semiconductors. 2015(09)
[2]First-principles study of the electronic and optical properties of the （Y,N）-codoped anatase TiO2 photocatalyst[J]. 林彦明,姜振益,胡晓云,张小东,樊君,苗慧,商毅博. Chinese Physics B. 2012(03)
本文编号：3407613
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