黑磷和石墨炔吸附碱金属原子的第一性原理研究

发布时间：2020-12-23 13:35

　　石墨烯的成功制备及其优异的物理性质引起了人们对二维材料领域越来越多的关注和兴趣。二维材料以及其它一些低维材料由于量子限域效应的影响,展现出体相材料所不具备的特性。与此同时,二维材料家族也在不断涌现出新的成员,比如:黑磷、六方氮化硼、过渡金属硫化物、硅烯、石墨炔等等,大大拓展了人们对二维材料的研究视野。本论文采用第一性原理计算方法,以黑磷和石墨炔这两种二维材料为研究对象,探究碱金属原子吸附对这两种材料物理性质的影响,为今后的实际应用提供一定的参考。主要研究内容与结论如下:（1）研究碱金属原子吸附以及黑磷层数对吸附体系能带结构的调控。理论计算得出碱金属原子吸附在黑磷表面最稳定的吸附位置均是空（H）位,并且随着碱金属原子吸附浓度的增大,黑磷的带隙会逐渐减小。对于单层和双层的黑磷,碱金属吸附后的体系仍是直接带隙半导体,其中钾原子和铷原子对单层、双层黑磷能带结构的调控效果几乎是一样的。接着研究钾原子吸附三层黑磷的情形,结果表明随着钾原子吸附浓度的增加,黑磷的带隙会不断减小,直至为0,体系的能带将发生交错,使得黑磷由半导体向半金属过渡。研究结果表明,碱金属原子和黑磷表面由于电荷转移而产生的局部电场... 

【文章来源】：上海师范大学上海市

【文章页数】：45 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

（a）黑磷示意图；（b）块体黑磷的晶胞

磷由单层增加至五层时，相应的带隙由 1.51 eV 减小至 0.59 eV[15]。Ju 等人[16]通过第一性原理计算发现单层黑磷的带隙最大，当黑磷层数增加到十层时，其带隙已经和块体的带隙值非常接近了，并且层与层相互作用诱导的能带分裂是带隙减小的原因。本征黑磷的带隙范围填充了石墨烯和过渡金属硫化物之间的区域，使得黑磷能够吸收从可见光到中红外波段的光，如图 1-2 所示。

会和氧气反应生成超氧根离子（ 2）；（2）超氧根离子和氧化物；（3）黑磷表面的氧原子以及与它成键的磷原子在被拽离黑磷表面，从而导致表面越来越不稳定，在其它氧，黑磷体系最终会降解，如图 1-3 所示。目前，延缓黑磷：增加物理覆盖层[28]、表面刻蚀[29]、掺杂[30]等等。

【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨双炔的合成方法[J]. 周劲媛,张锦,刘忠范.  物理化学学报. 2018(09)
[2]多层黑磷中厚度和应力依赖的能隙变化研究[J]. 琚伟伟,李同伟,雍永亮,孙金锋.  原子与分子物理学报. 2015(02)
[3]碳、氧、硫掺杂二维黑磷的第一性原理计算[J]. 谭兴毅,王佳恒,朱祎祎,左安友,金克新.  物理学报. 2014(20)



本文编号：2933803