過渡金屬硫族化合物及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論研究.pdf

1、隨著石墨烯材料的崛起，其他二維材料也逐漸受到了廣泛的關(guān)注和研究。近幾年，針對二維過渡金屬硫族化合物（TMDs）的研究逐漸引起重視，其中包括二硫化鉬，二硫化釩等。二硫化鉬（MoS2）是一種具有和石墨烯結(jié)構(gòu)類似的二維材料，由于其具有的獨(dú)特性質(zhì)使其在電子器件和感應(yīng)器等方面存在很大的潛在應(yīng)用。我們采用第一性原理和蒙特卡洛計(jì)算方法，系統(tǒng)研究了非極性氣體（CO2和CH4）在單層MoS2表面（包括無缺陷和有缺陷結(jié)構(gòu)）的吸附過程。與常用氣體吸附劑（金屬

2、有機(jī)架構(gòu)的材料和碳基材料）相比，MoS2有著更大的優(yōu)勢，包括其比較大的體表面積比和可調(diào)控的性質(zhì)。CO2和CH4在完美MoS2表面的吸附較弱，但是當(dāng)MoS2表面存在硫空位缺陷時，CO2和CH4的吸附能大大增加，為40-60kJmol-1。進(jìn)一步的蒙特卡洛模擬發(fā)現(xiàn)，單空位的S缺陷在室溫80Bar條件下，對于CO2的吸附質(zhì)量比達(dá)到42.1wt％，對CH4的吸附質(zhì)量比達(dá)到37.6wt%。我們的計(jì)算結(jié)果表明通過調(diào)控MoS2表面的缺陷結(jié)構(gòu)，可以發(fā)展

3、MoS2成為理想吸附劑和氣體敏感器。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在第一性原理計(jì)算的基礎(chǔ)上研究了由二硫化釩和氟化石墨烯構(gòu)成的異質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)和磁性特性。通過控制氟化石墨烯的氟化率從而調(diào)控整個異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電磁性質(zhì)。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著氟化石墨烯表面氟化率的改變，即氟化石墨烯磁矩的改變，整個異質(zhì)結(jié)構(gòu)的總磁矩相對于單層二硫化釩有所增加，并且控制氟化石墨烯的磁矩可以有效控制整體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的磁矩。通過對異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子性質(zhì)和自旋密度的分析，我們確定了兩

4、層之間的相互作用機(jī)制和磁性產(chǎn)生的機(jī)理。通過對分態(tài)密度的分析發(fā)現(xiàn)釩原子貢獻(xiàn)了主要的磁矩。我們的計(jì)算結(jié)果預(yù)測了過渡金屬硫族化合物異質(zhì)結(jié)構(gòu)在自旋電子器件上的潛在應(yīng)用。⑵采用第一性原理的計(jì)算方法研究了單層MoSe2和具有典型表面Se缺陷的(VSe，DVSe和Vdi-Se)MoSe2的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。并進(jìn)一步研究了采用鹵素原子(X=F，Cl，Br，I)修復(fù)Se缺陷后的結(jié)構(gòu)、電磁和光學(xué)性質(zhì)。我們的研究結(jié)果表明，鹵素原子修復(fù)后得到的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)仍然呈現(xiàn)半