發(fā)布時(shí)間：2021-09-27 19:26

　　隨著石墨烯在實(shí)驗(yàn)中成功制備以來(lái),二維材料引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。其原子級(jí)別厚度的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使得這種材料同三維塊體材料相比,具有更好的物理化學(xué)性質(zhì)。截至目前為止,理論和實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)成功預(yù)測(cè)并制備了諸多二維結(jié)構(gòu)體系,比如過(guò)渡金屬硫族化合物、黑磷、硅烯、鍺烯以及MXene結(jié)構(gòu)等。這些二維材料體系被廣泛應(yīng)用于光學(xué)、磁學(xué)、自旋電子學(xué)以及納米材料器件等領(lǐng)域,并表現(xiàn)出了重要的科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值。特別在新能源的生產(chǎn)和轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域,更是體現(xiàn)出了二維材料的優(yōu)越性。比如在光催化中,由于維度的降低,載流子會(huì)更快地遷移到半導(dǎo)體材料的表面,因此具有更快的遷移速率,這就大大減小了載流子的復(fù)合率,提高了材料的光催化效率。不僅如此,更大的比表面積使得二維材料通常具有比其塊體結(jié)構(gòu)更高的光催化以及電催化反應(yīng)效率。此外,二維體系中高載流子遷移速率,能提高發(fā)生在太陽(yáng)能電池中的光電轉(zhuǎn)換效率。這些優(yōu)良的性質(zhì)為解決全球面臨的環(huán)境污染和能源短缺等問(wèn)題提供了新思路。在本論文中,我們借助于第一性原理計(jì)算,系統(tǒng)地研究了一系列二維材料的機(jī)械、電子和光學(xué)等性質(zhì),并通過(guò)一些修飾手法,比如原子吸附、構(gòu)建異質(zhì)結(jié)等,探究了其在光催化、電催化及太陽(yáng)能電池中的... 

【文章來(lái)源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：148 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
符號(hào)說(shuō)明
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 二維材料的研究現(xiàn)狀
    1.3 二維材料在催化以及光電轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用
        1.3.1 二維材料在光催化分解水方面的應(yīng)用
        1.3.2 二維材料在電催化分解水方面的應(yīng)用
        1.3.3 二維材料在太陽(yáng)能電池方面的應(yīng)用
    1.4 本論文的研究?jī)?nèi)容與主要結(jié)論
    參考文獻(xiàn)
第二章 第一性原理計(jì)算方法及計(jì)算軟件介紹
    2.1 第一性計(jì)算原理簡(jiǎn)介
    2.2 多粒子體系薛定諤方程及其求解
        2.2.1 多粒子體系薛定諤方程
        2.2.2 Born-Oppenheimer近似(絕熱近似)
        2.2.3 Hartree-Fock 近似
    2.3 密度泛函理論簡(jiǎn)介
        2.3.1 Thomas-Fermi模型
        2.3.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.3.3 Kohn-Sham方程
    2.4 交換關(guān)聯(lián)泛函簡(jiǎn)介
        2.4.1 局域密度近似(LDA)
        2.4.2 廣義梯度近似(GGA)
        2.4.3 GGA+U方法
        2.4.4 雜化泛函
    2.5 含時(shí)密度泛函理論簡(jiǎn)介
        2.5.1 含時(shí)密度泛函理論
        2.5.2 最少面間躍變
    2.6 第一性原理計(jì)算軟件包簡(jiǎn)介
    參考文獻(xiàn)
第三章 二維光催化分解水材料的理論研究
    3.1 Ag-MoS_2復(fù)合體系光電性質(zhì)的探究
        3.1.1 實(shí)驗(yàn)和理論研究背景
        3.1.2 計(jì)算方法和模型
        3.1.3 結(jié)果和討論
            3.1.3.1 單層MoS_2的基本性質(zhì)及其穩(wěn)定的Ag吸附構(gòu)型
            3.1.3.2 Ag-MoS_2吸附構(gòu)型的電子性質(zhì)
            3.1.3.3 Ag-MoS_2吸附構(gòu)型在光催化分解水中的應(yīng)用
        3.1.4 小結(jié)
        參考文獻(xiàn)
    3.2 Ⅱ型能帶對(duì)齊方式橫向異質(zhì)結(jié)CdS/ZnSe分解水的理論研究
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)和理論研究背景
        3.2.2 計(jì)算方法和模型
        3.2.3 結(jié)果與討論
            3.2.3.1 單層CdS和ZnSe的基本電子性質(zhì)
            3.2.3.2 CdS/ZnSe異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性
            3.2.3.3 CdS/ZeSe異質(zhì)結(jié)體系的電子性質(zhì)
            3.2.3.4 CdS/ZeSe橫向異質(zhì)結(jié)在光催化分解水中的應(yīng)用
        3.2.4 小結(jié)
        參考文獻(xiàn)
    3.3 GeSe@SnS:堆疊Janus結(jié)構(gòu)全解水的理論研究
        3.3.1 實(shí)驗(yàn)和理論研究背景
        3.3.2 計(jì)算方法與模型
        3.3.3 結(jié)果和討論
            3.3.3.1 單層SnS和GeSe的基本電子性質(zhì)
            3.3.3.2 縱向異質(zhì)結(jié)體系的穩(wěn)定性和電子性質(zhì)
            3.3.3.3 SeGe@SSn在光催化分解水中的應(yīng)用
        3.3.4 小結(jié)
        參考文獻(xiàn)
    3.4 Janus第Ⅲ主族單層硫化物:一種潛在的可見(jiàn)光催化劑
        3.4.1 實(shí)驗(yàn)和理論研究背景
        3.4.2 計(jì)算方法和模型
        3.4.3 結(jié)果和討論
            3.4.3.1 Janus幾何結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性
            3.4.3.2 Janus結(jié)構(gòu)豐富可調(diào)的電子性質(zhì)
            3.4.3.3 Janus結(jié)構(gòu)在光催化分解水中的應(yīng)用
        3.4.4 小結(jié)
        參考文獻(xiàn)
第四章 單層Ti_4X_3 (X=C,N)本征析氫活性的理論研究
    4.1 實(shí)驗(yàn)和理論研究背景
    4.2 計(jì)算方法與模型
    4.3 結(jié)果和討論
        4.3.1 Ti_4X_3的幾何結(jié)構(gòu)和在水溶液中的穩(wěn)定性
        4.3.2 Ti_4X_3O_2的析氫活性探究
    4.4 小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第五章 單層HfTeSe_4光伏太陽(yáng)能電池性能的理論研究
    5.1 實(shí)驗(yàn)和理論研究背景
    5.2 計(jì)算方法和模型
    5.3 結(jié)果和討論
        5.3.1 單層HfTeSe_4的幾何結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性
        5.3.2 單層HfTeSe_4的光電性質(zhì)
        5.3.3 單層HfTeSe_4在光伏太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用
    5.4 小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 主要結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)
    6.2 展望
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄和獲獎(jiǎng)等情況
    1 發(fā)表論文目錄
    2 參加的學(xué)術(shù)會(huì)議
    3 獲獎(jiǎng)情況
    4 參與的科研項(xiàng)目
附錄:攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的英文論文(原文)
學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表



本文編號(hào)：3410493