本文關鍵詞：低維碳納米材料的電子性質和催化性質的研究

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【摘要】：在本文中,我們基于密度泛函理論,系統(tǒng)研究了不同石墨烯、硅烯和碳納米管材料的電子性質和非金屬富勒烯團簇的催化性質。在有關石墨烯材料電子性質的研究中,我們根據石墨烯贗超晶格中狄拉克錐位置的不同,將其分成了存在4重簡并的(p,3m)類矩形贗超晶格、(p,3m±1)類矩形贗超晶格和一般形狀贗超晶格3類,分別研究了它們在單軸應力、沒有破壞A、B子晶格對稱性的簡并擾動、單軸應力和簡并擾動共同作用、單軸應力和破壞了A、B子晶格對稱性的擾動共同作用下電子性質的變化情況。研究結果表明:(1)單軸應力作用會使石墨烯贗超晶格中的狄拉克錐發(fā)生移動,且狄拉克錐的移動方向與石墨烯贗超晶格的類型有關;(2)未破壞子晶格對稱性的簡并擾動與破壞子晶格對稱性的擾動在石墨烯材料中打開帶隙的機制不同。通過調節(jié)單軸應力和簡并擾動強度的相對大小,可以使保持反演對稱性的石墨烯材料(如石墨烯納米篩)實現(xiàn)半導體性和半金屬性的相互轉變。另外,由于硅烯與石墨烯具有類似的電子性質,我們也對硅烯材料進行了類似的研究,得到了與石墨烯材料相一致的結果。在有關碳納米管材料電子性質的研究中,我們首先在石墨烯中模擬了碳納米管的碳原子受力情況,給出了部分金屬型碳納米管存在帶隙的原因。然后,我們分別研究了沒有破壞子晶格對稱性的簡并擾動和破壞了子晶格對稱性的擾動對3種不同(9,9)扶手椅型碳納米管超晶格電子性質的調控情況,研究發(fā)現(xiàn)這兩種擾動在碳納米管材料中打開帶隙的機制不同,這將有利于實際應用中更好的調控碳納米管的電子性質。在有關非金屬富勒烯團簇催化性質的研究中,我們研究了B、N元素分別單摻C_(60)分子團簇對CO和O2的吸附性能;計算了B、N元素不同共摻比例下富勒烯團簇的基態(tài)構型,并分別研究了它們對CO和O2的吸附性能;計算了C56BN3團簇催化CO氧化反應的反應路徑和反應勢壘。我們的研究結果表明:(1)B、N分別單摻富勒烯材料,均會促進CO氧化反應的發(fā)生;(2)在B、N共摻富勒烯材料中,B-N成鍵的團簇能量更低;(3)C56BN3團簇對CO氧化反應的催化活性很好,B、N共摻富勒烯團簇將是良好的新型非金屬催化劑材料。
【關鍵詞】：低維納米材料 電子性質 催化性質 第一性原理計算
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB383.1
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 低維碳納米材料簡介11-13
• 1.1.1 富勒烯11-12
• 1.1.2 碳納米管12-13
• 1.1.3 石墨烯13
• 1.2 低維碳納米材料研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 電子性質的研究13-15
• 1.2.2 催化性質的研究15-16
• 1.3 本論文的主要研究內容16-19
• 第二章 理論計算基礎19-27
• 2.1 密度泛函理論19-24
• 2.1.1 絕熱近似19-21
• 2.1.2 Hohenberg-Kohn定理21-22
• 2.1.3 局域密度近似理論22-24
• 2.2 VASP軟件包簡介24-27
• 2.2.1 計算功能24
• 2.2.2 計算過程24-25
• 2.2.3 計算結果25-27
• 第三章 二維石墨烯材料電子性質的調控27-59
• 3.1 石墨烯電子性質介紹27-28
• 3.2 計算方法28-29
• 3.3 理論基礎29-32
• 3.3.1 能帶折疊理論29-30
• 3.3.2 簡并擾動理論30-31
• 3.3.3 單軸應力作用31-32
• 3.4 結果和討論32-48
• 3.4.1 (p,3m)類矩形石墨烯超晶格32-38
• 3.4.2 (p,3m±1)類矩形石墨烯超晶格38-44
• 3.4.3 一般形狀石墨烯超晶格44-48
• 3.5 結論48-49
• 3.6 硅烯材料的拓展研究49-59
• 3.6.1 單軸應力對硅烯贗超晶格的能帶調制50-52
• 3.6.2 簡并擾動對硅烯超晶格的能帶調制52-53
• 3.6.3 存在4重簡并的(p,3m)類硅烯超晶格53-57
• 3.6.4 (p,3m±1)類硅烯超晶格57-58
• 3.6.5 硅烯電子性質調控總結58-59
• 第四章 一維碳納米管電子性質的研究59-67
• 4.1 碳納米管電子性質介紹59
• 4.2 計算方法59-60
• 4.3 結果和討論60-65
• 4.3.1 碳納米管中的能帶折疊理論60-61
• 4.3.2 碳納米管中的彎曲效應61-63
• 4.3.3 不同擾動對碳納米管電子性質的調控63-65
• 4.4 結論65-67
• 第五章 零維富勒烯催化性質的研究67-73
• 5.1 富勒烯催化性質介紹67
• 5.2 計算方法67-68
• 5.3 結果和討論68-72
• 5.3.1 B、N單摻C_(60)團簇68-69
• 5.3.2 B、N共摻C_(60)團簇69-72
• 5.4 結論72-73
• 第六章 結論和展望73-75
• 參考文獻75-83
• 致謝83-85
• 附錄85-86

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