新型碳基材料的光电特性研究

发布时间：2023-10-29 09:13

　　近年来,碳基材料由于其丰富的结构形貌,优良的力学、电学、热力学等性能受到人们的广泛关注。广义上碳基材料可以看做碳原子为骨架的材料体系,包括金刚石、石墨等纯碳体系和高分子有机物等多种原子体系。随着低维度材料的相关研究不断升温,易获得、易调制且成本低廉的各类碳基材料不断进入人们的视野并得到大量关注,在催化、能源、环境、探测器件及各类基础物理化学研究中得到广泛的应用。作为一种完全人工设计合成的新型碳基材料,石墨相氮化碳(g-C₃N₄)甫一出现就受到了人们的广泛关注。近年来,由于其独特的理化性质和电子结构,该材料在光催化降解有机污染物、气体降解、光催化产氢和燃料电池电极等诸多方面有着令人眼前一亮的表现,大量的相关理论和实验工作也随之展开。然而大量的工作过于强调引入外界影响如掺杂、异质结、电场磁场来调制体系结构和电子结构,忽略了本征体系的复杂性和简单的体系改变如质子化等对于材料理化性质的影响。本文针对以上问题,展开了如下的研究工作:1.首次提出控制叠层的方式能够在层状半导体材料中实现电荷空间分离效应,并在石墨相氮化碳体系中通过计算证实了该理论控制电荷的...

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 低维碳材料的背景和研究进展
    1.2 论文选题依据
    1.3 论文研究内容
第2章 计算方法及理论基础
    2.1 第一性原理计算方法(First Principles calculation methods)
        2.1.1 绝热近似(Adiabatic approximation)
        2.1.2 HF方程(Hartree-Fork approximation)
    2.2 密度泛函基础理论(Density Functional Theory)
        2.2.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.2 Kohn-Sham方程
        2.2.3 交换关联泛函(Exchange-Correlation Functional)
    2.3 能带色散关系计算基础理论
        2.3.1 平面波基组
        2.3.2 赝势
    2.4 相关计算及可视化软件包
第3章 石墨相氮化碳的研究现状
    3.1 研究背景
    3.2 石墨相氮化碳的基本性质
        3.2.1 结构性质
        3.2.2 能带色散关系
    3.3 g-C₃N₄ 实验和理论进展
        3.3.1 g-C₃N₄ 掺杂和复合体系
        3.3.2 g-C₃N₄ 光催化进展
    3.4 本章小结
第4章 叠层效应在g-C₃N₄中引入的空间电荷分离效应
    4.1 研究背景
    4.2 计算方法及过程
    4.3 计算结果及讨论
    4.4 本章小结
第5章g-C₃N₄中氢化增强光催化效应的研究
    5.1 研究背景
    5.2 计算和实验方法及过程
    5.3 结果及讨论
    5.4 本章小结
第6章 多孔碳/有机分子/金属复合微结构的电学性能优化研究
    6.1 优化体系设计思路
    6.2 材料体系的合成制备
    6.3 材料体系的表征与分析
    6.4 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 研究展望
参考文献
附录
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3857770