本文基于密度泛函理論并結(jié)合實驗報導(dǎo),詳細研究了硼、碳二維同素異構(gòu)提結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。首先,我們理論上提出了以環(huán)戊[c,d]戊搭烯分子作為前驅(qū)體所組成的二維多孔碳同素異構(gòu)體結(jié)構(gòu),計算結(jié)果表明,組裝后的h-PAMS（Polymerized Acepentalene Membrane Sheets）結(jié)構(gòu)具有較好的穩(wěn)定性。其π能帶具有狄拉克費米子特性,狄拉克錐位于Γ點處的費米能級以下,穿過費米面從而實現(xiàn)載流子的高遷移率。同時,h-PAMS結(jié)構(gòu)具有各向異性的力學(xué)性質(zhì),能夠在高達0.9 eV/atom變化的應(yīng)變負荷下保持結(jié)構(gòu)完整,支持其在高性能納米導(dǎo)電材料方面的潛在應(yīng)用。接下來我們探究了h-PAMS材料在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用潛能。本文對h-PAMS結(jié)構(gòu)的單層及塊體材料中鋰的存儲及擴散行為進行計算分析。結(jié)果表明,在h-PAMS材料中最大儲量為676.49 mAh/g,平均開路電壓較低。此外,鋰在h-PAMS材料上的擴散和穿透勢壘分別只有0.35 eV和0.61 eV,充放電過程中堆垛的多層材料的體積膨脹也僅為約10%。因此,h-PAMS材料作為鋰離子電池負極材料具有很大的潛力。最后探究了通過引入過渡金屬... 

【文章來源】：濟南大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

平面硼團簇

幣?入一個外部電子和兩個相鄰的六邊形空位時，基態(tài)變?yōu)闇势矫娈悩?gòu)體，如圖1.1（d）所示。對于較大的硼團簇，較高的密度和均勻分布的六邊形空位可以進一步降低總能量，使平面或者準平面結(jié)構(gòu)處于基態(tài)，如圖1.1（e）所示[33]。因此，平面硼團簇可以通過多電子的襯底來穩(wěn)定，也可以通過空位來平衡，六邊形空位的引入很好地穩(wěn)定了準平面結(jié)構(gòu)，這一結(jié)論可以推廣到相應(yīng)的二維體系中。Tang和Ismail在理論上預(yù)測了由三角形孔洞和六邊形孔洞組成的硼烯結(jié)構(gòu)[34]，并且目前已有學(xué)者成功合成了幾種不同原子厚度的二維硼烯材料[35-37]（見圖1.2）。圖1.2實驗上已經(jīng)合成的四種原子層厚度的硼烯結(jié)構(gòu)。（a）Ag（111）面上的三角形孔洞的硼烯結(jié)構(gòu)。（b）Ag（111）面上的3硼烯結(jié)構(gòu)。（c）Ag（111）面上的12硼烯結(jié)構(gòu)。（d）Al襯底上的類石墨烯結(jié)構(gòu)的硼烯。（圖片來源：參考文獻35，36，37）硼烯的成功制備也大大加快了硼烯材料基礎(chǔ)研究和潛在應(yīng)用研究的進程，并由此展現(xiàn)出很多新的性能，而不同構(gòu)型硼烯的金屬硼化物也成為了學(xué)者們研究的熱點。1.2.2硼的合金材料合金材料是指由兩種或者兩種以上的金屬與金屬或者非金屬元素結(jié)合形成的材料。已有研究表明在材料中引入金屬可能會給材料在磁學(xué)和電子學(xué)方面帶來優(yōu)異的特性，例如2014年Li等通過全局結(jié)構(gòu)搜索預(yù)測了準平面構(gòu)型的Be2C[38]，類石墨烯結(jié)構(gòu)的Be六邊形孔洞中心包含有一個C原子，該結(jié)構(gòu)動力學(xué)與熱學(xué)穩(wěn)定，類似的結(jié)構(gòu)還有Cu2Si[39]，一個Si原子與周圍六個Cu原子成鍵形成準平面結(jié)構(gòu)，構(gòu)型穩(wěn)定且性質(zhì)優(yōu)異，CdS[40]也是比較有代表性的合金結(jié)構(gòu)，該材料全部由六邊形孔洞組成，Cd:S=1:1的比例，在六邊

濟南大學(xué)碩士學(xué)位論文17圖3.1（a）環(huán)戊[c,d]戊搭烯分子。（b）600K下分子動力學(xué)模擬的時間與能量關(guān)系曲線，插圖為分子動力學(xué)模擬時脫氫的環(huán)戊[c,d]戊搭烯分子的初始結(jié)構(gòu)與模擬結(jié)束后的結(jié)構(gòu)。（c）-（e）脫氫后的環(huán)戊[c,d]戊搭烯分子通過不同的組合方式得到的h-PAMS、FAMS和r-PAMS。（f）h-PAMS、FAMS和r-PAMS和部分2D碳同素異形體的內(nèi)聚能。綠球、紅球和藍球分別代表如圖位置的不等價碳原子。


本文編號：3267882