XP 3 （X=Al,Bi）和BiMP 6 （M=Al,Ga,In）单层的结构和光催化性质理论研究

发布时间：2021-11-03 18:25

　　2004年石墨烯的出现引发了人们对二维材料的研究热潮。二维材料具有许多不同寻常的优点,例如独特的电子性质,光学性质和力学性质。与此同时,二维材料在太阳能电池,偏振光电探测器,集成数字逆变器和光催化等一些新兴的领域表现出出色的性能。近年来,由于能源危机和环境问题日益严重,因此寻找清洁可再生能源来代替化石燃料迫在眉睫。在太阳光照射下,光催化技术可以利用半导体促进水产生氢气,为解决能源危机和环境问题提供了一种新的方法。因此光催化水解制氢技术备受关注。在光催化反应中,光催化剂至关重要,相比于三维材料,二维材料在光催化应用方面具有独特的优势。首先二维材料具有超高的比表面积,可以提供更多的催化反应位点,其次,二维材料可以减少载流子的迁移距离,从而降低光生载流子的复合,提高光催化性能,因此二维材料是光催化剂的理想候选材料。本文设计了XP3（X=Al,Bi）和BiMP6（M=Al,Ga,In）二维材料,通过第一性原理计算证实其稳定性和良好的光催化性能。主要为以下两个方面的内容:1.基于第一性原理计算,证实了XP3单层将是一种高效的光催化水解制氢材料,亦有望用于光电器件。我们优化了二维三磷化物家族新成员... 

【文章来源】：鲁东大学山东省

【文章页数】：54 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 半导体光催化水解制氢原理
    1.3 二维光催化剂的兴起
        1.3.1 二维硫化物
        1.3.2 二维石墨相氮化物
        1.3.3 二维氧化物光催化剂
        1.3.4 其他二维光催化剂
    1.4 本文的研究内容和意义
第2章 理论基础与计算方法
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 多体系统的薛定谔方程
        2.1.2 Kohn-Sham(KS)定理
        2.1.3 平面波基组
    2.2 从头算分子动力学模拟
    2.3 二维材料绝对能级的计算
    2.4 光吸收系数和载流子迁移率的计算
    2.5 计算软件
        2.5.1 VASP软件包
        2.5.2 Materials Studio
第3章 AlP_3和BiP_3 单层的光催化水解制氢性质
    3.1 研究背景
    3.2 计算细节
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 晶格结构和材料稳定性
        3.3.2 AlP_3 和 BiP_3 单层的电子性质
        3.3.3 光学性质
        3.3.4 载流子迁移率
        3.3.5 应力调控对XP_3单层的影响
    3.4 本章小结
第4章 BiMP_6(M=Al,Ga,In)单层结构特点与光催化水解制氢性质
    4.1 研究背景
    4.2 计算细节
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 晶格结构和材料稳定性
        4.3.2 电子结构和光学性质
        4.3.3 应力对BiMP_6单层的电子和光学性质的影响
        4.3.4 载流子迁移率
        4.3.5 水分子在BiMP_6单层上吸附与吉普斯自由能
    4.4 本章小结
第5章 结论
    5.1 论文的主要内容总结
    5.2 展望
参考文献
作者简历



本文编号：3474128