二维单层碳氮材料及其掺杂的第一性原理研究

发布时间：2022-08-08 11:48

　　本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了不同个数氧原子掺杂单层C2N和不同种类非金属原子掺杂单层C3N后的电学、磁学以及光学性质。选取C2N单胞计算了 1～6个O原子对N原子的替位掺杂,研究了氧掺杂对单层C2N的电学、磁学及光学性质的影响。详细分析了C2N掺杂体系的晶格常数、能带结构、态密度、声子谱、吸收系数和介电函数。能带结构表明C2N是一个带隙为1.631 eV的直接带隙半导体。当掺杂1,3,5个O原子时,体系的带隙值变为0。当掺杂2和4个O原子时,体系的带隙值分别减小为0.342和0.343 eV。但是当6个O原子完全取代N原子时,体系的带隙值增大到2.267 eV。其中,掺杂2,4,6个O原子的C2N体系由直接带隙半导体转变为间接带隙半导体。研究发现不同个数氧原子掺杂能够有效调控单层C2N体系的电学性质,并对体系的光学性质产生了影响。但是掺杂氧原子对体系的磁学性质没有影响,即氧掺杂前后的体系均是没有磁性的。所有氧掺杂体系的声子谱均未出现虚频,表明其具有良好的结构稳定性。选取C3N的单胞计算了B、O、P、S、As原子对N原子的替位掺杂,系统研究了掺杂对单层C3N... 

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 C_2N材料的研究现状
        1.2.1 C_2N的制备
        1.2.2 C_2N材料的应用前景
    1.3 C_3N材料的研究现状
        1.3.1 C_3N的制备
        1.3.2 C_3N材料的应用前景
    1.4 主要研究内容
第二章 理论基础
    2.1 第一性原理
        2.1.1 Born-Oppenheimer近似
        2.1.2 Hartree-Fock近似
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
    2.3 交换关联泛函
        2.3.1 局域密度近似
        2.3.2 广义梯度近似
    2.4 赝势方法
    2.5 CASTEP模块简介
第三章 氧掺杂单层C_2N材料的第一性原理研究
    3.1 引言
    3.2 计算方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 掺杂单层C_2N几何结构
        3.3.2 掺杂单层C_2N电学和磁学性质
        3.3.3 掺杂单层C_2N声子谱
        3.3.4 掺杂单层C_2N光学性质
    3.4 本章小结
第四章 掺杂单层C_3N材料的第一性原理研究
    4.1 引言
    4.2 计算方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 掺杂单层C_3N几何结构
        4.3.2 掺杂单层C_3N电学和磁学性质
        4.3.3 掺杂单层C_3N光学性质
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 主要结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况
致谢



本文编号：3671451