低维纳米材料电学和电催化性能调控的第一性原理研究

发布时间：2021-12-24 00:49

　　低维纳米材料由于维度的降低诱导了丰富的电学、光学、磁学、力学以及催化性质等而吸引了科研院所和工业界的广泛关注,但其现有性质远不能满足当前电子器件和能源材料发展的需要,因此开发新的材料和基于现有材料进行结构调控是实现上述目标的重要手段。本博士论文主要从具有新奇结构的单层过渡金属硫属化物（TMDs）和常见能源催化材料出发,采用第一性原理方法考察原子位置重构、缺陷工程、表界面工程、纳米结构工程、单原子等手段对材料电学和电催化性能的影响。本论文主要分成四部分,共五章。第一部分就是第一章,是全文的理论基础,包括密度泛函理论（DFT）,电化学基本理论和目前处理相变的方法。第二部分是第二和第三章,第二章主要考察原子位置重构对二硫化铼（ReS2）结构和性能的影响;第三章是基于二硒化钯（PdSe2）,通过缺陷工程,原子位置重构以及碱金属（Li,Na,K）在表面迁移等手段丰富了 PdSe2的性质及用途。第三部分就是第四章,与实验结合,考察表面缺陷工程、纳米结构工程、表界面工程与单原子对常见电催化反应,如氧还原、析氧反应、析氢反应以及CO2还原性能的影响。第一章是全文的理论基础,主要介绍DFT,电化学理论基... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１连续介质模型示意图，摘自ＭＳ模块中ＤＭＯＬ３部分ＣＯＳＭＯ－ｓｏｌｖａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｓ

ｓｏｌｖａｔｅｄ?和?Ｈ－ｓｈｕｔｔｌｉｎｇ?模型，如图?１．２?所示。在图?１．２?⑷中?ｗａｔｅｒ－ｓｏｌｖａｔｅｄ?模型，??加氢反应仅是表面吸附的＊Ｈ转移到＊Ａ上，而Ｈ２０分子在沿着反应路径方向呈??现溶剂化吸附态＊Ａ。图１．２（ｂ）中，Ｈ－ｓｈｕｔｔｌｉｘｉｇ模型，表面的Ｈ转移到Ｈ２０上，??而Ｈ２０上的Ｈ转移到吸附的＊Ａ上，这种溶液体系的加氢／脱氢反应通过Ｇｒｏｔｔｈｕｓｓ??类似的机理在先前的ＤＦＴ模拟中也报道过［２２］。对于其中吸附氢位置的选择，按??照有利于ＴＳ形成的位置来考虑，不影响反应能垒。??Ｈ?Ｈ??Ｈ、ｒ／?＼?Ｈ??〇?〇＾Ｈ??ｔ?／??Ｈ＊?Ａ＊?Ｈ＊?Ａ＊??Ｃ－■—Ｃ．—Ｊ??（ａ）?（ｂ）??图１．２两种加氢步骤中水帮助的可能模型：（ａ）?ｗａｔｅｒ－ｓｏｌｖａｔｅｄ模型，（ｂ）?Ｈ－ｓｈｕｔｔｌｉｎｇ模??型，摘自文献［２３］??１．２．３?过渡态搜索方法??过渡态（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?ｓｔａｔｅ，?ＴＳ）—直是化学反应动力学关注的焦点，直接决定着??反应的速率，同时也有助于反应机理的了解，所以ＴＳ的搜索就显得非常关键，??博士期间的研究主要使用的ＴＳ搜索方法就是基于反应物（Ｒ）和产物（Ｐ）的??以及Ｃ１－ＮＥＢ方法１２８－３１】

，中晶格参数和能量的单位分别是Ａ和ｅＶ。??ＥＮＣＵＴ?ａ?ｂ?ｙ?ＡＥ??４００?ＤＴ－１?６．４１?６．５１?１１８．８４?０．００??ＤＴ－２?５．７３?６．３９?９０．０９?０．０６??Ｔｒｉ?５．７９?５．７９?１２０?０．５４??５００?ＤＴ－１?６．４１?６．５１?１１８．８３?０．００??ＤＴ－２?５．７３?６．３９?９０．０９?０．０６???Ｔｒｉ?５．７９?５．７９?１２０?０．５４??表２．２?ＰＢＥ＋Ｄ３修正对ＤＴ－１，ＤＴ－２和Ｔｒｉ相的结构参数Ｕ?ｂ，ｙ）和相对能量（ＡＥ响，其中晶格参数和能量的单位分别是Ａ和ｅＶ。??Ｍｅｔｈｏｄ?ａ?ｂ?ｙ?Ｃ???＾＂ＰＢＥ?ＤＴＡ?６Ａ＼?６＾ｉ?１１８．８４?０．００??ＤＴ－２?５．７３?６．３９?９０．０９?０．０６??Ｔｒｉ?５．７９?５．７９?１２０?０．５４??ＰＢＥ＋Ｄ３?ＤＴ－１?６．３９?６．４９?１１８．８１?０．００??ＤＴ－２?５．７１?６．３７?９０．１２?０．０６???Ｔｒｉ?５．７７?５．７７?１２０?０．５７??我们使用Ｐｈｏｎｏｐｙ?１．７．４软件，采用有限位移的方法来计算二维ＲｅＳ２谱【４６］。对于ＤＴ和Ｔｒｉ相分别采用２４ｘ１和３ｘ３ｘ１的超胞。使用正则系综（的ＢＯＭＤ，采用Ｎ（ｉｅ算法［４７］，３ｘ３ｘ１的超胞从丨〇〇，?２００，?３００，和４００Ｋ温，时间步长为１．０?ｆｓ，总的模拟时间为１?Ｏｐｓ。??


本文编号：3549507