低維碳材料催化性質(zhì)及二硫化鉬電子性質(zhì)研究.pdf

1、本文中，我們采用基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理方法，主要研究了三部分內(nèi)容，包括B、N摻雜碳納米管的催化性質(zhì)；B、N摻雜石墨烯的催化性質(zhì)；雙層二硫化鉬的間接帶隙到直接帶隙轉(zhuǎn)變以及帶隙寬度調(diào)整。
　　在第一部分中，我們采用第一性原理方法對(duì)B、N摻雜的碳納米管對(duì)CO的催化性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)研究。計(jì)算了不同B、N摻雜的碳納米管結(jié)構(gòu)對(duì)CO催化氧化的反應(yīng)勢(shì)壘。發(fā)現(xiàn)B和N單獨(dú)摻雜都能使碳納米管產(chǎn)生催化活性。而在B、N共摻時(shí)，反應(yīng)勢(shì)壘隨著B、

2、N之間距離的增大而降低，碳納米管的催化活性隨之增強(qiáng)。當(dāng)B、N位于最近鄰位置時(shí)，催化性質(zhì)隨著N原子摻雜數(shù)目的增多而增強(qiáng)。其原因是B和N結(jié)合成對(duì)摻雜時(shí)，N的自由電子與B的空缺軌道結(jié)合，使得碳納米管的惰性很難被打破。當(dāng)B和N分離摻雜時(shí)，自由電子或空穴與C原子的π電子結(jié)合，使碳納米管產(chǎn)生催化活性。
　　在第二部分，我們運(yùn)用第一性原理方法研究了B、N摻雜的石墨烯對(duì)CO的催化性質(zhì)。選取了六種B、N摻雜的石墨烯結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。通過詳細(xì)的計(jì)算，我們

3、發(fā)現(xiàn)，對(duì)于B-N，B-2N，B-3N摻雜的石墨烯，其催化CO氧化的反應(yīng)勢(shì)壘隨著N原子摻雜濃度的升高而降低，也就是說石墨烯的催化性質(zhì)隨著 N原子摻雜濃度的提高而增強(qiáng)。而對(duì)于B-N，3-BN兩種結(jié)構(gòu)，由三個(gè)B-N對(duì)組成的3-BN六元環(huán)摻雜的石墨烯的催化性質(zhì)比一個(gè)B-N對(duì)摻雜時(shí)明顯增強(qiáng)。因此我們認(rèn)為當(dāng)B和N摻雜濃度相同時(shí)，催化CO的反應(yīng)勢(shì)壘隨著摻雜濃度的增大而降低，石墨烯催化活性隨之提高。由此我們得到B、N摻雜能夠使石墨烯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生催化活性，并

4、且其催化性質(zhì)可以通過不同的B、N摻雜濃度來改變。
　　最后，我們通過能帶折疊理論分析和第一性原理方法，仔細(xì)研究了雙層二硫化鉬超晶格的電子特性。在雙層二硫化鉬六角超晶格（N, M）中，當(dāng)N和M都是3的整數(shù)倍時(shí)，導(dǎo)帶底能夠從 K點(diǎn)折疊到Γ點(diǎn)從而成為直接帶隙半導(dǎo)體。而在雙層二硫化鉬正交超晶格（P, Q）中，當(dāng)Q是3的整數(shù)倍時(shí)，導(dǎo)帶底也能夠折疊到Γ點(diǎn)成為直接帶隙半導(dǎo)體。不論在六角超晶格還是正交超晶格中，都可以通過摻雜O原子使贗超晶格成為真