人類發(fā)展導(dǎo)致對能源的需求越來越大,而傳統(tǒng)產(chǎn)生能源的方法往往會對環(huán)境造成極大的污染,所以發(fā)展清潔的能源獲取途徑勢在必行。光催化分解水以半導(dǎo)體材料為媒介,太陽光為動力,水為原料,實現(xiàn)零污染地生產(chǎn)氫氣與氧氣,因此近年來受到科學(xué)界的廣泛關(guān)注。在可以進行光催化的材料中,二維材料憑借其優(yōu)異的光/電學(xué)性質(zhì)(如超高的光電流密度和入射光子與轉(zhuǎn)換電子之比,較低的光生載流子復(fù)合率等)脫穎而出。但是目前二維光催化材料仍面臨催化效率不高的問題,所以本課題旨在尋找新型高效的光催化材料并提高二維材料的光催化效率。SnP₃單層是一種新型的二維半導(dǎo)體材料,其具有超高的紅外/可見光吸收能力和載流子遷移率,這兩種性質(zhì)是優(yōu)秀的光催化材料所必需的。但是由于其過小的帶隙難以進行全光催化分解水反應(yīng),限制了SnP₃單層的應(yīng)用。為了使SnP₃能夠用于光催化分解水,必須對其光/電學(xué)性質(zhì)進行改變。大量的實驗和理論研究已經(jīng)證明,通過原子摻雜和替換可以顯著地改變材料的幾何、電子結(jié)構(gòu),從而改善其光/電學(xué)性質(zhì)。所以本文使用氮原子對SnP₃單層的磷原子進行替換,...

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 光催化分解水反應(yīng)原理
    1.3 光催化材料發(fā)展概況
    1.4 基于第一性原理計算的材料學(xué)研究方法
        1.4.1 第一性原理計算概述
        1.4.2 密度泛函理論
        1.4.3 交換泛函與贗勢
        1.4.4 第一性原理計算軟件
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 氮摻雜SnP₃單層的光催化性能研究
    2.1 引言
    2.2 模型的建立和驗證
        2.2.1 純凈SnP₃單層模型的建立與驗證
        2.2.2 氮摻雜SnP₃單層模型的建立與驗證
    2.3 純凈/氮摻雜SnP₃單層性質(zhì)的對比研究
        2.3.1 純凈/氮摻雜SnP₃單層的電學(xué)性質(zhì)研究
        2.3.2 純凈/氮摻雜SnP₃單層的光學(xué)性質(zhì)研究
        2.3.3 外加應(yīng)變和電場對純凈/氮摻雜SnP₃單層的調(diào)節(jié)研究
    2.4 本章小結(jié)
第3章 新型二維材料SnN₃單層的光催化性能研究
    3.1 引言
    3.2 SnN₃單層模型的建立和驗證
    3.3 SnN₃單層模型的性質(zhì)研究
        3.3.1 SnN₃單層的電學(xué)性質(zhì)研究
        3.3.2 SnN₃單層的光學(xué)性質(zhì)研究
        3.3.3 外加應(yīng)變和電場對SnN₃單層的調(diào)節(jié)研究
    3.4 本章小結(jié)
第4章 光催化過程在SnN₃單層表面的動力學(xué)研究
    4.1 引言
    4.2 水分子/氫氣分子在SnN₃單層表面的吸附/脫附研究
        4.2.1 水分子在SnN₃單層表面的吸附研究
        4.2.2 氫氣分子在SnN₃單層表面的脫附研究
    4.3 光催化分解水反應(yīng)的吉布斯自由能變化研究
        4.3.1 光催化分解水反應(yīng)中吉布斯自由能變化的計算方法
        4.3.2 SnN₃單層表面發(fā)生光催化分解水反應(yīng)中的吉布斯自由能變化
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3868523