基于电子结构调控的能源材料模拟与设计
发布时间：2021-03-20 18:08
半导体材料的电子结构调控工程可以拓展应用范围,尤其是提高其在能源领域中的应用性能。目前人们已发展出多种物理和化学方法对材料电子结构进行优化和调节。为了理性设计材料并同时加深对物质世界客观规律的了解,研究材料电子结构调控的机理是很有必要的。第一性原理的理论研究可以从微观角度对材料的电子结构和性质进行模拟,能够很好的解释材料的物理与化学变化过程中的机理问题。本文采用第一性原理理论计算,对能源材料的电子结构调控及其应用的化学机理展开了研究。本文共四章,各章简介如下:第一章主要介绍了材料电子结构调控相关的研究背景和研究现状。结合本论文的研究中涉及的材料和领域,分别介绍了光催化、金属氧化物和类石墨烯二维材料的相关内容。光催化技术因其在环境和能源方面的巨大前景引起了全世界的关注。通过介绍光催化的机理,引出了调节光催化材料性能的方法,并重点介绍了 Z-scheme体系对于促进电荷分离的积极意义。然后,介绍了理论计算可以在光催化体系设计中起到的作用。结合本论文的研究内容,介绍了加氢方法对金属氧化物材料的调控作用。最后,介绍了类石墨烯二维材料的能带调控方法和其在光催化领域的相关应用。第二章主要介绍了第一...
【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】：99 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１光催化水解示意图
?第１章绪论????ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ??ｒ??一＾?ｂａｎｄ??１．５４?ｅＶ?ｊ??Ｖ?ｔ?３．３?ｅＶ??＼?２．１８?ｅＶ??＼????－＾ｖａｌｅｎｃｅ??＾??＾ｂａｎｄ??Ｂｌａｃｋ?Ｔｉ０２?ｗｈｉｔｅ?Ｔｉ０２??图１－２二氧化钛用氢气处理后得到黑色二氧化钛的带隙变化Ｐ］。??（二）通过引入缺陷来改善光催化性能。大多数晶体的表面是不完美的，而??是存在一定数量的缺陷。对这些表面缺陷进行调控是改善材料性能的重要方法之??一。一方面，缺陷的引入也可以调控材料的能带结构。比如，实验中发现通过电??子束处理引入了缺陷的二氧化钛的带隙比原来降低了，同时检测到其可见光的响??应范围也增加了［４３１。更重要的是，缺陷的引入可以改善反应物的吸附。催化反应??的第一步是反应物吸附到活性位点上，这影响到后续的反应能否发生。如图１－３??所示，第一性原理计算的结果显示三氧化钨表面的氧空位有利于氧气的吸附。左??边的图表示三氧化钨表面存在氧空位，氧气通过化学吸附的方式填充在表面氧空??位处，发生电荷转移，这有利于化学反应的发生；右边的图是三氧化钨表面没有??氧空位的情况，这时氧气几乎不吸附，也就不能起到催化作用［４４］。??ａ?ｂ?￣??〇?Ｗ?。０?？Ｗ?（ｄｅｆｅｃｔｉｖｅ）?？?０?ｏｆ?〇２??图１－３氧气吸附在表面（ａ）有氧空位和（ｂ）没有氧空位的三氧化钨表面的原子结构和差??分电荷图｜４４１。??４??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]2D noncarbon materials-based nonlinear optical devices for ultrafast photonics [Invited][J]. 郭波. Chinese Optics Letters. 2018(02)
本文编号：3091434
【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】：99 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１光催化水解示意图
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【参考文献】：
期刊论文
[1]2D noncarbon materials-based nonlinear optical devices for ultrafast photonics [Invited][J]. 郭波. Chinese Optics Letters. 2018(02)
本文编号：3091434
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