基于Sn、In新型二维材料光催化和自旋极化性质的理论研究

发布时间：2023-05-24 21:14

　　以单层石墨烯为代表的二维纳米材料因其丰富的物理化学性质以及在各个领域的广泛应用而备受关注。近年来,二维纳米材料的研究成果层出不穷,涉及到的材料包括石墨烯、硅烯、锗烯、锡烯、磷烯和金属硫族化合物等。这些二维纳米材料丰富了的低维纳米材料体系,其优异的性质在凝聚态物理、材料化学和纳米技术等研究领域均表现出重要的应用价值。目前,二维纳米材料的研究已经成为材料科学的前沿。例如,在半导体应用方面,二维半导体纳米材料通常具有较高的载流子迁移率、超大的比表面积以及外场可控的能带结构和带边位置,为实现新型纳电子器件和高效的光催化等应用提供了新途径。在自旋器件应用方面,二维磁性体系具有较稳定的自旋极化性质,能够满足超高的存储速度、超大容量信息存储和处理能力以及器件尺寸微型化等多种需求,推动了新一代高性能自旋纳米器件的发展。在本论文中,我们采用基于密度泛函理论(DFT)第一性原理计算方法,系统地研究了多种二维纳米材料的结构、电子性质、载流子迁移率、光催化水解和自旋极化等性质,探讨了表面修饰、外部应力、掺杂、吸附等因素对体系物理化学性质的调控,并进一步揭示了其微观物理机制和潜在的应用价值。二维纳米材料在光催化...

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 二维纳米材料简介
    1.3 二维纳米材料的应用
        1.3.1 二维纳米材料在光催化水解中的应用
        1.3.2 二维纳米材料在自旋电子学中的应用
    1.4 本论文的研究内容和结论
    参考文献
第二章 理论计算方法
    2.1 多粒子体系薛定谔方程
        2.1.1 Born-Oppenheimer (BO)绝热近似
        2.1.2 Hartree-Fock方法
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Thomas-Fermi模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
    2.3 交换关联泛函
        2.3.1 局域密度近似(LDA)
        2.3.2 广义梯度近似(GGA)
        2.3.3 杂化密度泛函
        2.3.4 LDA(GGA)+U方法
    2.4 自旋限制与非限制计算
    参考文献
第三章 化学修饰的五元环锡单层材料的电子结构及其在光催化水解中的应用
    3.1 研究背景
    3.2 计算方法
    3.3 计算结果和讨论
        3.3.1 p-SnH和p-SnHF单层的几何结构与稳定性
        3.3.2 p-SnH和p-SnHF单层结构的电子特性
        3.3.3 p-SnH和p-SnHF单层结构在光催化水解中的应用
        3.3.4 p-SnH和p-SnHF单层结构的载流子迁移率
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 层状锡的硫族化合物及其构成的垂直异质结在光催化水解中的应用
    4.1 研究背景
    4.2 计算方法
    4.3 结果和讨论
        4.3.1 SnS,SnSe,SnS₂和SnSe₂单层晶体的几何结构
        4.3.2 SnS,SnSe,SnS₂和SnSe₂单层晶体的电子和光学性质
        4.3.3 SnS,SnSe,SnS₂和SnSe₂单层晶体的光生载流子的迁移
        4.3.4 SnS,SnSe单层结构在应力调制下的带边
        4.3.5 SnS/SnS₂双层垂直异质结的电子结构性质
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 空穴掺杂单层α/β-In₂Se₃的磁性相转变及其在自旋纳米器件中的应用
    5.1 研究背景
    5.2 计算方法
    5.3 计算结果和讨论
        5.3.1 砷掺杂的α/β-In₂Se₃单层的电子结构和磁性
        5.3.2 吸附O₂和H₂O对单层α/β-In₂Se₃载流子迁移率的影响
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 展望
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文目录
附录: 英文论文
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：3822326