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文檔簡(jiǎn)介
1、自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來(lái),二維材料因表現(xiàn)出獨(dú)特性能一直受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。以維度作為材料的基本參數(shù),一系列類(lèi)石墨烯材料被研究并應(yīng)用于相關(guān)利益行業(yè)。類(lèi)石墨烯碳氮化合物(C3N4和C4N3)作為在光電子領(lǐng)域研究較多的半導(dǎo)體材料,最近在實(shí)驗(yàn)中被合成出來(lái)。半金屬(half-metal)性質(zhì)的C4N3由于其特殊的能帶結(jié)構(gòu)因此具有很多比較優(yōu)越的性能,尤其適合作為自旋注入材料。通過(guò)對(duì)兩種材料的壓縮理論計(jì)算,了解材料電子結(jié)構(gòu)的變化,可以為實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用提供
2、一些理論認(rèn)知。
利用密度泛函理論,我們對(duì)類(lèi)石墨烯半金屬材料C4N3(g-C4N3)進(jìn)行雙軸壓縮,從而對(duì)其電子結(jié)構(gòu)的多樣性進(jìn)行研究。計(jì)算結(jié)果表明,在應(yīng)變小于-2%時(shí),g-C4N3保留其原有的鐵磁半金屬性質(zhì),但半金屬帶隙隨壓縮增大而減小;當(dāng)應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)到-3%至-5%時(shí),g-C4N3直接轉(zhuǎn)化為非磁性的金屬;若繼續(xù)進(jìn)行壓縮,g-C4N3將變成非磁性半導(dǎo)體,且材料帶隙會(huì)由間接帶隙向直接帶隙轉(zhuǎn)變,直接帶隙約為1.6 eV?;谶@一理論研究,
3、我們認(rèn)為g-C4N3在自旋電子學(xué)和光伏領(lǐng)域存在廣泛的應(yīng)用前景。
在對(duì)g-C4N3進(jìn)行調(diào)查研究時(shí),我們發(fā)現(xiàn)它可由C取代類(lèi)石墨烯材料C3N4(g-C3N4)上N原子獲得,基態(tài)的g-C3N4屬于半導(dǎo)體,且也已經(jīng)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)制備出來(lái)。g-C3N4是一種高效的催化劑,常被用于工業(yè)中的光裂解水制氫,其2.7 eV的直接帶隙對(duì)可見(jiàn)光吸收有一定響應(yīng)。因此我們也對(duì)g-C3N4材料進(jìn)行了一系列壓縮應(yīng)變的研究,希望可以找到與g-C4N3類(lèi)似的性質(zhì)。
4、理論的計(jì)算結(jié)果表明g-C3N4在基態(tài)是非磁性,且通過(guò)對(duì)材料采用雙軸壓縮,材料始終保持非磁半導(dǎo)體性質(zhì),只是半導(dǎo)體帶隙隨壓縮增加而減小。
新型能源的開(kāi)發(fā)和利用一直是科學(xué)研究的熱門(mén),其中又以氫能的存儲(chǔ)研究最多。類(lèi)比于石墨烯的儲(chǔ)氫研究,我們發(fā)現(xiàn)g-C3N4在一定程度上比石墨烯儲(chǔ)氫更具優(yōu)勢(shì),如:對(duì)于金屬的吸附能比較高,結(jié)構(gòu)的孔徑比較大,氫氣的吸附能和吸附密度也有所提高等。因此對(duì)g-C3N4這種新型儲(chǔ)氫材料,我們進(jìn)行了一系列理論研究,并對(duì)
5、儲(chǔ)氫性能的優(yōu)劣進(jìn)行討論。
通過(guò)對(duì)g-C4N3的雙軸壓縮,我們得出了材料結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)隨壓縮的變化關(guān)系。對(duì)g-C3N4壓縮和儲(chǔ)氫性能的研究,我們預(yù)期了一種高效的儲(chǔ)氫材料。結(jié)論如下:
(1)基態(tài)的g-C4N3具有室溫鐵磁半金屬性質(zhì),且能夠在500 K溫度下保持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和磁性,對(duì)g-C4N3在不同程度下雙軸壓縮,我們發(fā)現(xiàn)材料磁性由鐵磁態(tài)向非磁態(tài)轉(zhuǎn)變。
(2) g-C4N3的能帶結(jié)構(gòu)隨壓縮而變化,由半金屬到金屬相,
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