環(huán)境污染和能源短缺是當今社會關(guān)注的焦點問題。目前,全球大部分能源供應(yīng)仍來自于化石燃料,導(dǎo)致了日益嚴重的環(huán)境污染和持續(xù)升級的全球氣候變化。因此,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高能源利用率、發(fā)展清潔和可再生能源,是滿足全球日益增長的能源需求和解決大量化石燃料過度使用所帶來環(huán)境問題的關(guān)鍵。在過去的幾十年里,傳統(tǒng)材料性質(zhì)的瓶頸限制了研發(fā)低能耗器件、尋找新能源等方面的探索研究。直到2004年,具有獨特物理和光電特性的二維單層石墨烯被成功制備,為新型能源材料的探索開辟了一條新道路。自此,大量具有原子級別厚度的新型二維納米材料,如過渡金屬硫化物、六方氮化硼、黑磷烯、硅烯以及過渡金屬碳化物或碳氮化物等陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)并廣泛應(yīng)用于光電器件、光電催化、傳感器和儲能材料等領(lǐng)域。本論文利用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,首次系統(tǒng)地研究了三類新型二維半導(dǎo)體納米材料:單層/雙層SnP₃半導(dǎo)體和Penta-X₂Y（X=P,As,Sb;Y=C,Si）體系,探究了它們的力學(xué)性質(zhì)、電子性質(zhì)及應(yīng)變響應(yīng)、光吸收特性、載流子輸運性質(zhì)以及作為光催化劑裂解水制氫的可能性等,本論文的理論研究結(jié)果對低功耗... 

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 新型二維納米材料簡介
        1.2.1 石墨烯 (graphene)
        1.2.2 六方氮化硼 (h-BN)
        1.2.3 黑磷烯 (Black phosphorus)
        1.2.4 過渡金屬碳化物、碳氮化物 (MXenes)
    1.3 二維納米材料的應(yīng)用進展
        1.3.1 光電子器件
        1.3.2 光催化
        1.3.3 電子傳感器
        1.3.4 充電電池
        1.3.5 超級電容器
    1.4 研究意義和內(nèi)容
第二章 理論與計算方法
    2.1 量子力學(xué)基本理論
        2.1.1 多粒子體系的薛定諤方程 (Schr?dinger equation)
        2.1.2 絕熱近似 (Born-Oppenheimer approximation)
        2.1.3 單電子近似
        2.1.4 哈特利-福克(Hartree-Fock)理論
    2.2 密度泛函理論
        2.2.1 霍恩伯格-科恩(Hohenberg-Kohn)定理
        2.2.2 科恩-沈呂九(Kohn-Sham)定理
    2.3 交換關(guān)聯(lián)能量泛函
        2.3.1 局域密度近似 (Local Density Approximation,LDA)
        2.3.2 廣義梯度近似 (Generalized Gradient Approximation,GGA)
        2.3.3 雜化密度泛函 (Hybridization Functional)
    2.4 載流子輸運特性理論基礎(chǔ)
        2.4.1 玻爾茲曼輸運理論 (Boltzmann transport theory)
        2.4.2 形變勢理論 (Deformation potential theory)
第三章 超高載流子遷移率的二維SnP_3的理論研究
    3.1 引言
    3.2 計算方法
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 二維層狀半導(dǎo)體SnP_3的結(jié)構(gòu)設(shè)計與穩(wěn)定性
        3.3.2 二維層狀半導(dǎo)體SnP_3的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)
        3.3.3 應(yīng)變調(diào)控對單層和雙層SnP_3能帶結(jié)構(gòu)的影響
        3.3.4 單層和雙層SnP_3的載流子遷移率及光吸收性質(zhì)
    3.4 本章小結(jié)
第四章 超高載流子遷移率的柔性Penta-X_2C光催化性質(zhì)的理論研究
    4.1 引言
    4.2 計算方法
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)
        4.3.2 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)的光催化裂解水及光吸收性質(zhì)
        4.3.3 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)電子能帶結(jié)構(gòu)的應(yīng)變響應(yīng)
        4.3.4 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)的載流子輸運特性
    4.4 本章小結(jié)
第五章 Penta-X_2Si(X=P, As, Sb)半導(dǎo)體體系光催化性質(zhì)的理論研究
    5.1 引言
    5.2 計算方法
    5.3 計算結(jié)果與討論
        5.3.1 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與穩(wěn)定性
        5.3.2 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的電子能帶結(jié)構(gòu)性質(zhì)
        5.3.3 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的載流子輸運特性
        5.3.4 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的光學(xué)特性
    5.4 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
致謝
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間完成的學(xué)術(shù)論文



本文編號：3705256