自石墨被剝離成石墨烯后,原子厚度的二維材料便成為了一個(gè)新興學(xué)科并且在許多領(lǐng)域展示出了光明的應(yīng)用前景。盡管二維材料有著誘人的前景,然而在其走向?qū)嶋H應(yīng)用的過程中卻遇到了一些嚴(yán)峻問題,例如黑磷的環(huán)境不穩(wěn)定性、二硫化鉬的表面惰性以及二維面外鐵電材料的稀有性等等。這些問題制約著它們進(jìn)一步的應(yīng)用,但同時(shí)也給研究者們帶來了新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。由于二維材料具有較大表面比,因此合理的表面功能化與設(shè)計(jì)被公認(rèn)是克服二維材料所存在問題并提升二維材料在諸多實(shí)際應(yīng)用中性能的重要策略。本論文通過使用多尺度模擬,從如下兩方面出發(fā)探究了二維材料的表面功能化與設(shè)計(jì):1)理解通過表面自組裝來實(shí)現(xiàn)類石墨烯材料功能化的內(nèi)在機(jī)制;2)提供一些合理的表面功能化與設(shè)計(jì)方案來解決二維材料所面臨的一些嚴(yán)峻問題。本論文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1)分子在石墨烯上自組裝內(nèi)在機(jī)制的理論研究。分子在石墨烯上的自組裝已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)石墨烯功能化的一個(gè)有效方法,然而自組裝的動態(tài)機(jī)制仍然不清楚。在這里通過運(yùn)用分子動力學(xué)模擬,我們成功可視化了有機(jī)分子在石墨烯表面從無序到有序的過程。在此基礎(chǔ)上,我們發(fā)現(xiàn)從無序到有序的內(nèi)在驅(qū)動力是分子與分子間的相互的作用。更...

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 有機(jī)分子在石墨烯表面的自組裝
    1.2 黑磷的潛在應(yīng)用與環(huán)境不穩(wěn)定性
    1.3 二硫化鉬作為析氫催化劑的表面惰性
    1.4 原子厚度二維鐵電材料的進(jìn)展
    1.5 本論文的主要研究內(nèi)容
    1.6 參考文獻(xiàn)
第二章 理論方法
    2.1 第一性原理計(jì)算
        2.1.1 Born-Oppenheimer絕熱近似
        2.1.2 Hartree-Fock近似
        2.1.3 密度泛函理論
    2.2 分子動力學(xué)模擬
        2.2.1 分子內(nèi)相互作用
        2.2.2 分子間相互作用
    2.3 參考文獻(xiàn)
第三章 分子在石墨烯上自組裝內(nèi)在機(jī)制的理論研究
    3.1 引言
    3.2 計(jì)算方法
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 分子在石墨烯上從無序到有序的可視化
        3.3.2 分子由無序到有序的內(nèi)在驅(qū)動力
        3.3.3 石墨烯襯底的作用
        3.3.4 分子間氫鍵的作用
        3.3.5 有機(jī)薄膜有序度的有效提升
        3.3.6 自我極限外延生長的內(nèi)在機(jī)制
    3.4 小結(jié)
    3.5 參考文獻(xiàn)
第四章 利用表面自組裝有機(jī)薄膜提升黑磷環(huán)境穩(wěn)定性
    4.1 引言
    4.2 計(jì)算方法
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 PTCDA分子和黑磷的結(jié)合方式
        4.3.2 PTCDA分子對黑磷電子結(jié)構(gòu)的影響
        4.3.3 自組裝PTCDA薄膜對黑磷的保護(hù)
        4.3.4 黑磷層數(shù)、晶界以及臺階對保護(hù)效果的影響
    4.4 小結(jié)
    4.5 參考文獻(xiàn)
第五章 通過表面自組裝提升二硫化鉬表面析氫活性
    5.1 引言
    5.2 計(jì)算方法
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 二硫化鋁上的Ni(abt)₂的析氫活性
        5.3.2 組裝在二硫化鉬上的Ni(abt)₂的穩(wěn)定性
        5.3.3 二硫化鉬上的自組裝Ni(abt)₂薄膜的制備
        5.3.4 借助于表面自組裝構(gòu)筑雙功能電催化劑
    5.4 小結(jié)
    5.5 參考文獻(xiàn)
第六章 表面空缺誘導(dǎo)三碘化鉻的鐵磁增強(qiáng)與面外鐵電
    6.1 引言
    6.2 計(jì)算方法
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 碘空缺誘導(dǎo)的面外鐵電
        6.3.2 碘空缺增強(qiáng)三碘化鉻的鐵磁性
        6.3.3 鹵原子空缺對其它一些過渡金屬三鹵族化合物的影響
    6.4 小結(jié)
    6.5 參考文獻(xiàn)
第七章 論文總結(jié)與展望
致謝
攻讀博士學(xué)位期間已發(fā)表和待發(fā)表論文



本文編號：3797525