發(fā)布時間：2020-12-20 13:45

　　本論文主要利用密度泛函理論通過理論計算的方法研究了二維材料在氣體傳感方面的應(yīng)用,并通過分析,根據(jù)氣體傳感機制,探究其在甲烷活化中的潛在應(yīng)用。主要的研究成果如下:近年來,C₃B單層因其在許多領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注,因此,本論文探索了它作為氣體傳感器的應(yīng)用。由于實驗合成的C₃B通常是C過量的,所以我們從理論上研究了大氣中的常見氣體和有毒氣體在C過量的C₃B上的吸附行為,并與純C₃B上的吸附情況進行了比較。結(jié)果表明,只有NO、NO₂、CO和NH₃能夠吸附在C_3+xB上。其中,CO和NH₃以及NO和NO₂分別吸附在C_3+xB中的B原子位以及摻雜C₁原子位。并且在整個吸附體系中無論是否存在CO、NH₃和其他氣體,C_3+xB都對NO和NO₂具有高選擇性。另外,研究發(fā)現(xiàn)在C_3+x

【文章來源】：煙臺大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

二維材料結(jié)構(gòu)圖

3C過量C3B對NO2和NO傳感應(yīng)用的第一性原理研究16CH4、H2O)和常見的有毒氣體(如NO、NO2、CO、NH3)在C3+xB表面的吸附行為。研究結(jié)果表明，C過量的C3B單層可以作為NO2和NO氣體傳感器，具有較高的靈敏度和選擇性并且可以實現(xiàn)重復(fù)利用。接下來我們將以純C3B的吸附情況為對比進行詳細研究NO2和NO對C過量C3B的傳感機理。3.2結(jié)果與討論3.2.1C過量C3B和純C3B的原子結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)相關(guān)實驗研究證明，在800℃加熱1小時的最佳條件下，可以直接合成結(jié)構(gòu)有序、成分純度高的C3+xB[74]。在成功制備的大量樣品中，C3+xB的平均成分對應(yīng)于x=0.2，并且x的最大值小于0.6。因此，我們首先研究了C過量C3B的原子結(jié)構(gòu)，在純C3B中的一個B原子被一個C1原子取代，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為C3.6B，如圖3-1所示，其組成結(jié)構(gòu)與我們了解的實驗數(shù)據(jù)相符[74]。除此之外，我們還分別研究了當(dāng)x=0、0.1、0.2、0.3和0.4時各種不同的氣體在C3+xB上的吸附行為，這將在后面的內(nèi)容中展開詳細介紹。圖3-1C3.6B結(jié)構(gòu)示意圖Figure3-1C3.6Bstructurediagram如圖3-1所示，摻雜的C1原子可以完美地結(jié)合到C3.6B單層的平面中，這是由

煙臺大學(xué)碩士學(xué)位論文17于C原子和B原子之間的原子半徑相似的原因造成的。摻雜的C1原子與其最近鄰的C原子之間的鍵長為1.49，比與其相鄰的C-C鍵的鍵長(1.44)和其他C-C鍵的鍵長(1.56)相對較長。最近鄰C1位點的3個C-B鍵的鍵長為1.55，略短于其它C-B鍵的鍵長(1.56)，如圖3-2所示，純C3B中的C-C和C-B鍵長分別為1.42和1.56，這也就意味著C1摻雜會影響C3B在最近和最近相鄰摻雜點的局部原子結(jié)構(gòu)。圖3-2純C3B結(jié)構(gòu)示意圖Figure3-2PureC3Bstructurediagram接下來，我們分別檢查了C3.6B和C3B的電子性質(zhì)。如圖3-3所示，純C3B是一種帶隙為0.76eV的半導(dǎo)體材料，這與查閱文獻所了解到的以往的理論研究帶隙為0.66eV至0.73eV基本一致[69-70]，由于當(dāng)C1原子摻雜之后，缺陷狀態(tài)出現(xiàn)在了費米能級附近，C3.6B的磁矩約為0.56μB，結(jié)果表明，C3B的電子性質(zhì)在C1原子摻雜后發(fā)生了從半導(dǎo)體到金屬的變化。為了進一步了解C3.6B中缺陷態(tài)的起源，我們繪制了相應(yīng)的自旋密度圖，如圖3-4所示，發(fā)現(xiàn)自旋密度主要積聚在摻雜的C1原子上，該原子可能更容易與不成對電子(如NO和NO2)通過形成強化學(xué)鍵與外來分子發(fā)生反應(yīng)。


本文編號：2927969