自從2004年二維結(jié)構(gòu)材料石墨烯被發(fā)現(xiàn),近十幾年來二維結(jié)構(gòu)材料得到了快速的發(fā)展和研究,許多結(jié)構(gòu)多樣、性能獨特脫穎于傳統(tǒng)材料的新型二維材料被陸續(xù)報導。作為二維結(jié)構(gòu)的石墨炔（Graph-n-yne,n=1,2,3,4,5）在理論上其結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定存在的,并于2010年被成功制備出其中的石墨二炔（Graph-2-yne）。石墨炔是由sp雜化乙炔鍵將sp2雜化的苯環(huán)共軛連接而形成的二維平面網(wǎng)格結(jié)構(gòu),其均勻分布的孔隙和豐富的碳化學鍵,使得石墨炔作為優(yōu)良的半導體具有優(yōu)異的電子、光學和光電性能,在分離提純、電子、能源、催化以及光電等領(lǐng)域具有潛在、重要的應(yīng)用。目前對石墨炔的基礎(chǔ)研究較多,在力學性能方面的研究雖然也有,然而這些方面的工作并不完備。本文采用基于密度泛函理論（DFT）的從頭算第一性原理和分子動力學（MD）模擬等兩種方法,分別計算了石墨一炔到石墨五炔結(jié)構(gòu)的力學性能。首先,基于DFT的從頭算方法,獲得了石墨一到五炔單胞的晶格常數(shù),計算了相應(yīng)單胞的理想力學性能,并且計算了石墨一到五炔的聚合能（cohesive energy）,發(fā)現(xiàn)隨乙炔鍵數(shù)目的增加導致晶格參數(shù)變化,聚合能降低,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低;其次,采... 

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．４?Ｉ：退火前石墨二炔納米管在ＳＥＭ和ＴＥＭ下的形貌：（ａ）石墨二炔納米管陣列俯視圖，??（ｂ）高倍俯視圖，（ｃ）大面積陣列的側(cè)視圖，（ｄ）高倍側(cè)視圖，（ｅ）—束石墨二炔納米管低倍ＴＥＭ??圖，ｆ石墨二炔納米管高倍ＴＥＭ圖；ＩＩ：對應(yīng)于Ｉ的退后石墨二炔納米管形貌【６４１??

丨＿＿＿?？??ｍｍｍｍ??圖１．４?Ｉ：退火前石墨二炔納米管在ＳＥＭ和ＴＥＭ下的形貌：（ａ）石墨二炔納米管陣列俯視圖，??（ｂ）高倍俯視圖，（ｃ）大面積陣列的側(cè)視圖，（ｄ）高倍側(cè)視圖，（ｅ）—束石墨二炔納米管低倍ＴＥＭ??圖，（ｆ）石墨二炔納米管高倍ＴＥＭ圖；ＩＩ：對應(yīng)于Ｉ的退火后石墨二炔納米管形貌【６４１??理論計算表明，二維結(jié)構(gòu)石墨炔為本征半導體，其能帶帶隙約為０．４６？１．２２ｅＶ?１６５】，??同時具有大塞貝克系數(shù)和低熱導率以及室溫ＺＴ值分別達到為３．０和４．８［６６１，這表明石??墨炔不僅具有特別的電荷運輸能力，而且在熱電方向的“聲子－玻璃”和“電子－晶體”??方面可以作為理想材料。另外，６，６，１２＿石墨炔的空穴和電子遷移率分別達到４．２９?ｘ?１０５和??５．４１ｘｌ０５ｃｍ２（Ｖ．ｓ），大于石墨烯的電子遷移率（？ＳｘＫ＾ｃｎ＾．Ｖｔｓ—１；＾。同時人們發(fā)??現(xiàn)兩個不同的狄拉克錐出現(xiàn)在石墨炔電子結(jié)構(gòu)的費米能面附近

１０．７?＼（如１６４］。鑒于石墨炔的獨特的平面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，豐富的碳化學鍵，優(yōu)良的半導體??性能以及優(yōu)異的電子、光學和光電性能，使其在分離提純、光電（太陽能電池）、電子、??催化、以及能源等領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用價值和前景［７２］，如圖１．５。??廣能源、??圖１．５石墨炔潛在應(yīng)用領(lǐng)域??石墨炔結(jié)構(gòu)中均勻分布的三角孔隙，使其具有分子篩的功能，可以選擇性地阻擋??尺寸大于三角孔隙尺寸的分子或離子的通過，允許通過一些尺寸較小的分子或離子。??譬如，計算表明石墨二炔的均勻三角孔隙的有效其范德華開口邊長為￣３．８Ａ［７３］，半徑??為？２．２人［７４１。有效孔隙尺寸介于氫氣分子（Ｈ２）和甲烷分子（ＣＨ４）或一氧化碳分子（Ｃ０）的??范德華尺度之間。Ｃｒａｎｆｏｒｄ等人［７５］在文章中通過計算表明Ｈ２，?ＣＨ４和Ｃ０的運動半徑??分別為？２．９３?Ａ，￣３．７６人和３．８３?Ａ。石墨二炔的這一結(jié)構(gòu)功能特點，使其在清潔能源方??面具有潛在應(yīng)用，可以作為氫氣提純膜，用于甲烷不完全氧化產(chǎn)生的合成氣（包含Ｈ２，??ＣＨ４和ＣＯ）中氫氣的分離。密度泛函理論計算進一步表明一個氫氣分子在單層石墨二??炔表面的吸附能僅為－０．０７?ｅＶ，這表示其在石墨二炔表面微弱的范德華作用，同時氫氣??分子穿過三角孔隙的遷移勢壘僅為０．１０?ｅＶ

【參考文獻】：
期刊論文
[1]二維碳石墨炔研究進展與展望[J]. 陳彥煥,劉輝彪,李玉良.  科學通報. 2016(26)
[2]石墨炔類結(jié)構(gòu)儲鋰性能的第一性原理研究[J]. 趙晗,周麗娜,魏東山,周新建,史浩飛.  高等學�；瘜W學報. 2014(08)



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