本文選題：黑磷 + Co原子　； 參考：《東南大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：新型二維材料黑磷的成功制備極大地激發(fā)了人們對(duì)它的研究興趣,除了與石墨烯,過渡金屬硫化物同樣具有較高的表面積-體積比之外,黑磷還具有其他優(yōu)異的性質(zhì),例如可觀的直接帶隙,高的空穴遷移率,高的開關(guān)比以及獨(dú)特的各向異性。這些特點(diǎn)使黑磷成為二維材料領(lǐng)域的研究焦點(diǎn),甚至有人預(yù)測(cè)黑磷可能會(huì)像石墨烯一樣,替代硅成為新一代的半導(dǎo)體材料。本文采用了基于密度泛函理論的VASP(ViennaAb-initio Simulation Package)軟件包,對(duì)二維材料黑磷的結(jié)構(gòu)及相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算和分析。由于黑磷材料在氣體吸附方面表現(xiàn)出不穩(wěn)定的物理吸附特性,我們選取的主要方法是對(duì)單層黑磷進(jìn)行摻雜和缺陷構(gòu)建,從而提高黑磷表面的活性,加強(qiáng)黑磷對(duì)一氧化碳?xì)怏w(CO)的吸附程度,最終提高傳感的靈敏度。論文主要研究了金屬原子摻雜黑磷的電子性質(zhì)和金屬原子摻雜對(duì)CO氣體吸附的影響。具體的研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分:(1)對(duì)Co-BP-CO和BP-CO的電子性質(zhì)進(jìn)行了研究分析,通過黑磷表面鈷原子(Co)摻雜的改性,發(fā)現(xiàn)Co-BP在吸附CO分子后能帶結(jié)構(gòu)從直接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接帶隙,雜質(zhì)Co原子和CO分子的軌道耦合也證實(shí)了雜質(zhì)Co原子對(duì)CO吸附的促進(jìn)作用。相比BP-CO結(jié)構(gòu),Co-BP-CO結(jié)構(gòu)的結(jié)合能更大,穩(wěn)定性更高,而且根據(jù)Bader電荷分析,CO氣體向Co摻雜黑磷體系轉(zhuǎn)移的電荷數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于純凈黑磷,證明了 Co摻雜提高了黑磷對(duì)CO氣體的靈敏度和選擇性。(2)Co摻雜證明了金屬原子在黑磷表面改性方面有很強(qiáng)的積極作用。計(jì)算金屬摻雜黑磷結(jié)構(gòu)后,我們發(fā)現(xiàn)堿金屬摻雜會(huì)改變黑磷的光學(xué)性質(zhì),加強(qiáng)電子結(jié)構(gòu)的可調(diào)性;貴金屬Pd,Pt摻雜黑磷會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的SMSI效應(yīng),有助于提高該材料的催化性能;鐵磁性金屬摻雜黑磷都表現(xiàn)出較強(qiáng)的結(jié)合能,而且Fe和Ni雜質(zhì)還會(huì)使黑磷具有磁性;Pb摻雜黑磷表現(xiàn)出很強(qiáng)的金屬性質(zhì),可以通過外界電場來調(diào)節(jié)材料的電學(xué)特性。在CO吸附方面,Li-BP-CO和Al-BP-CO的能帶結(jié)構(gòu)從間接帶隙變?yōu)橹苯訋?而Pd-BP-CO、Pt-BP-CO、Ni-BP-CO和Al-BP-CO則表現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性,Au、Pt、Ni和Al摻雜結(jié)構(gòu)與CO之間存在大量的轉(zhuǎn)移電荷,證明了金屬雜質(zhì)提高了黑磷對(duì)CO氣體的吸附和探測(cè)能力。(3)考慮到實(shí)際制備黑磷的過程中會(huì)產(chǎn)生缺陷,因此根據(jù)不同缺陷位置的排列組合,我們建立了不重復(fù)的6種雙空位缺陷結(jié)構(gòu)D1-2、D1-3、D1-4、D1-5、D1-6和D1-8。計(jì)算發(fā)現(xiàn)雙空位缺陷黑磷的形成能都小于單空位缺陷,說明雙空位缺陷結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。缺陷點(diǎn)位置的變化導(dǎo)致P-P成鍵發(fā)生改變,間接影響了黑磷的物理性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明當(dāng)?shù)谝粋�(gè)P原子被移除后,第二個(gè)P原子更加容易脫離黑磷。另外,基于缺陷結(jié)構(gòu)的分析,我們提高Co原子在黑磷中的摻雜比例,并得到了最穩(wěn)定的Co摻雜雙空位缺陷黑磷結(jié)構(gòu),結(jié)論證明了增加Co摻雜原子可以大大提高CO的吸附程度,并且能帶間隙會(huì)隨著CO分子吸附數(shù)量增加而迅速減小,形成從半導(dǎo)體性質(zhì)向金屬性質(zhì)過渡的趨勢(shì)。
[Abstract]:The successful preparation of a new two-dimensional material of black phosphorus has greatly stimulated interest in its research. In addition to the high surface area volume ratio of the transition metal sulfide, the black phosphorus also has other excellent properties, such as considerable direct band gap, high hole mobility, high switching ratio and unique anisotropy. These characteristics make black phosphorus a focus in the field of two-dimensional material, and even some people predict that black phosphorus may be like graphene, instead of silicon to become a new generation of semiconductor materials. In this paper, the VASP (ViennaAb-initio Simulation Package) soft package based on density functional theory (DFT) is used for the structure and related properties of black phosphorus in two-dimensional material. The calculation and analysis are carried out. Because of the unstable physical adsorption characteristics of the black phosphorus material in the gas adsorption, the main method is to doping and constructing the single layer black phosphorus, thus improving the activity of the surface of the black phosphorus, strengthening the adsorption degree of the black phosphorus to the carbon monoxide gas (CO), and finally improving the sensitivity of the sensor. The effects of the electronic properties of the metal atom doped black phosphorus and the doping of metal atoms on the adsorption of CO gas are mainly studied. The specific research contents include the following parts: (1) the electronic properties of Co-BP-CO and BP-CO are studied and analyzed. Through the modification of the cobalt (Co) doping on the surface of the black phosphorus, it is found that Co-BP can bind after the adsorption of CO molecules. From the direct band gap to the indirect band gap, the orbital coupling of the impurity Co atom and the CO molecule also confirms the promotion of the impurity Co atom on the CO adsorption. Compared with the BP-CO structure, the binding energy of the Co-BP-CO structure is larger and the stability is higher, and the charge number of CO gas transferred from the Bader charge to the Co doped black phosphorus system is far greater than that of the pure BP-CO. The net black phosphorus showed that Co doping increased the sensitivity and selectivity of black phosphorus to CO gas. (2) Co doping proved that the metal atoms have a strong positive effect on the surface modification of black phosphorus. After calculating the structure of the doped black phosphorus, we found that the alkali metal doping will change the optical properties of the black phosphorus and strengthen the tunability of the electronic structure; the precious metal Pd, P T doped black phosphorus can produce a strong SMSI effect, which helps to improve the catalytic performance of the material. The ferromagnetic metal doped black phosphorus exhibits strong binding energy, and Fe and Ni impurities will also make the black phosphorus magnetic; Pb doped black phosphorus shows a strong metal property and can adjust the electrical properties of the material through the external electric field. Adsorption on CO On the other hand, the band structure of Li-BP-CO and Al-BP-CO turns from indirect band gap to direct band gap, while Pd-BP-CO, Pt-BP-CO, Ni-BP-CO and Al-BP-CO show strong stability. There is a large amount of transfer charge between Au, Pt, Ni and Al doping structure and CO. It is proved that the metal impurity increases the adsorption and detection ability of black phosphorus to CO gas. (3) considering the reality There will be defects in the process of preparing black phosphorus. Therefore, according to the arrangement and combination of different defect positions, we have established 6 kinds of double vacancy defect structures, D1-2, D1-3, D1-4, D1-5, D1-6 and D1-8., to find that the formation energy of the black phosphorus in the double vacancy defect is less than the single vacancy defect, indicating that the structure of the double vacancy defect is more stable. The changes in the P-P bond change, which indirectly affect the physical and electrical properties of the black phosphorus. The results show that the second P atoms are more easily separated from the black phosphorus when the first P atom is removed. Furthermore, based on the analysis of the defect structure, we improve the proportion of Co atoms in the black phosphorus, and get the most stable Co doped double space. It is proved that the increase of Co doping can greatly increase the adsorption degree of CO, and the energy band gap will rapidly decrease with the increase of the adsorption number of CO molecules, forming a transition from semiconductor properties to metal properties.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O613.62;O647.3

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 龔福鑫;;鋼鐵黑磷化新工藝[J];材料保護(hù);1992年10期

2 李梅;尹艷芬;;雙波長分光光度法同時(shí)測(cè)定W—Co渣中的鈷和鐵[J];江西理工大學(xué)學(xué)報(bào);1988年03期

3 宋璐璐;張東;杜良;謝云;吳濤;;某極低放填埋場土壤對(duì)Co吸附行為的初步研究[J];廣州化工;2011年22期

4 甄開吉,畢穎麗,曹亞安,胥勃,陳維哲;CO在鈣鈦礦型復(fù)合氧化物上的吸附研究[J];吉林大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);1986年01期

5 陳明忠;;重油催化裂化裝置CO余熱鍋爐節(jié)能技術(shù)改造應(yīng)用[J];中小企業(yè)管理與科技(下旬刊);2010年09期

6 倪基華;鋼鐵黑磷化新技術(shù)研究[J];電鍍與精飾;1998年05期

7 索春光;趙曉光;張鵬;劉曉為;張宇峰;;直接甲醇燃料電池陽極抗CO催化劑的研究進(jìn)展[J];貴金屬;2008年03期

8 蔣旭紅;涂偉萍;;沉淀聚合法制備窄分散聚(甲基丙烯酸縮水甘油酯-co-乙二醇二甲基丙烯酸酯)功能聚合物微球[J];高分子學(xué)報(bào);2009年01期

9 張德鵬;王志剛;孫勇;周明磊;;我國煤礦CO超限研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J];煤礦安全;2013年04期

10 廖代正,姜宗慧,孫建業(yè),王耕霖;軸上水配位的十四元六氮大環(huán)Co(Ⅱ)配合物的合成及反常磁性的研究[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào);1985年09期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 楊文峰;楊志祥;孫向黎;;一例~(60)Co局部重度放射損傷的臨床觀察與治療[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)分會(huì)第三次全國中青年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文匯編[C];2001年

2 王浩;黃樂平;邵琳;馬盾;;用磺酸型聚苯乙烯陽離子交換樹脂處理~(60)Co放射性廢水的研究及應(yīng)用[A];第五屆核農(nóng)學(xué)青年科技工作者學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

3 楊文峰;楊志祥;孫向黎;;一例~(60)Co局部重度放射損傷的臨床觀察與治療[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)分會(huì)第三次全中國青年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要匯編[C];2001年

4 李峨山;王艷霞;陳超;;低密度無鉻鐵系CO高溫變換催化劑的研制及性能測(cè)定[A];第2屆全國工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會(huì)論文集[C];2005年

5 蔣璐茜;季敬璋;呂建新;;浙江地區(qū)2型糖尿病患者線粒體COⅡ基因多態(tài)性分析[A];第二屆中國醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)術(shù)大會(huì)暨細(xì)胞生物學(xué)教學(xué)改革會(huì)議論文集[C];2008年

6 崔月菊;杜建國;;墨西哥下加利福尼亞地震前后的CO異常[A];中國地震學(xué)會(huì)第14次學(xué)術(shù)大會(huì)專題[C];2012年

7 陳陸峰;武文平;王春明;;黑色金屬表面發(fā)黑磷化一步法生產(chǎn)工藝[A];2005年上海市電鍍與表面精飾學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

8 蘇瑛;杜瑜;;公共場所包房內(nèi)CO、CO_2濃度調(diào)查與空氣質(zhì)量評(píng)估[A];重慶市預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)2005年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2005年

9 陳琳;;氧化鈣對(duì)鋼鐵黑磷化的影響研究[A];2010年全國腐蝕電化學(xué)及測(cè)試方法學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2010年

10 謝智中;曹軍;方維海;;鎳絡(luò)合物催化還原CO_2生成CO的密度泛函理論研究[A];中國化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第13分會(huì)場摘要集[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 劉燕廬;日研發(fā)高效濾除CO_(2)低成本膜[N];中國化工報(bào);2014年

2 陳國興;電廠煙氣CO_(2)捕集工程為奧運(yùn)增綠[N];中國化工報(bào);2008年

3 胡琪;食品級(jí)CO_(2)裝置實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化[N];中國工業(yè)報(bào);2004年

4 李承榮;太陽能生產(chǎn)水泥 可實(shí)現(xiàn)CO_(2)零排放[N];中國建材報(bào);2012年

5 王芳;挪威：14年捕獲1200萬噸CO_(2)[N];中華工商時(shí)報(bào);2010年

6 符�；�;日本設(shè)CO_(2)經(jīng)理文憑[N];中國環(huán)境報(bào);2011年

7 記者 胡曉峰;GL推出CO_(2)指數(shù)范本[N];中國船舶報(bào);2008年

8 龍 行;CO金槍魚被判“死刑”[N];中國質(zhì)量報(bào);2005年

9 本報(bào)記者 王曉嵐 程宇婕 于歡;今年單位能耗和CO_(2)排放量均降3.7%以上[N];中國能源報(bào);2013年

10 葉子;CO_(2)高效利用翻開新篇章[N];中國化工報(bào);2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王國才;黑磷的電學(xué)性能調(diào)控及其邏輯器件的制備與表征[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2017年

2 韓方微;黑磷的電輸運(yùn)和光電特性研究以及電子氣系統(tǒng)磁光電導(dǎo)率公式的推廣[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

3 趙明;黑磷單晶的制備及其多層微米帶的電輸運(yùn)性質(zhì)的研究[D];浙江大學(xué);2017年

4 周跫樺;新型二維材料的環(huán)境穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)[D];東南大學(xué);2017年

5 王集錦;和頻光譜對(duì)CO在Pd單晶和納米粒子上的吸附和催化氧化的研究[D];蘭州大學(xué);2015年

6 張前;強(qiáng)變形加工Co基和Ti基先進(jìn)合金材料的結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控[D];燕山大學(xué);2016年

7 商丹紅;Co基催化劑的制備及其催化氧化NO的性能研究[D];南京理工大學(xué);2016年

8 孫豐波;竹材Co~（60）γ射線輻照效應(yīng)及其機(jī)理研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2010年

9 房玉真;納米鈣鈦礦催化劑用于CO加氫反應(yīng)的研究[D];天津大學(xué);2011年

10 劉志剛;富氫氣氛中CO選擇氧化用納米銅鈰催化劑的研究[D];浙江大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 欒山;黑磷的表面改性和CO吸附的理論研究[D];東南大學(xué);2017年

2 喻志遠(yuǎn);金屬修飾黑磷烯對(duì)H_2和CO的吸附特性研究[D];東南大學(xué);2017年

3 吳巖;二維單層黑磷結(jié)構(gòu)中帶間隧穿的研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

4 王佳瑛;黑磷光電特性及其異質(zhì)結(jié)器件研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

5 盧旺林;黑磷二維材料的制備及其光電特性表征[D];浙江大學(xué);2016年

6 王洋;單層黑磷的電子輸運(yùn)性質(zhì)研究[D];河南工業(yè)大學(xué);2016年

7 徐靖銀;超薄二維黑磷材料的制備及其光學(xué)性質(zhì)研究[D];蘭州大學(xué);2016年

8 陳明艷;鎳/黑磷/鎳隧道結(jié)的電輸運(yùn)及光電流的理論研究[D];上海師范大學(xué);2016年

9 袁振洲;黑磷的制備及表征研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

10 翟彩云;過渡金屬原子吸附與摻雜單層黑磷的磁性研究[D];河南師范大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：2076582