磷烯異構(gòu)體及其氧化物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及電子性質(zhì)的研究.pdf

1、一種新型的二維材料——磷烯于2014年被從塊體黑磷中剝落下來(lái)，因其新奇的電子性質(zhì)引起科學(xué)家們的廣泛研究。磷原子sp3雜化使得磷烯擁有多種不同的可能構(gòu)型，人們已提出了黑磷烯（α-P），藍(lán)磷烯（β-P），γ-P，δ-P等多種不同的構(gòu)型。磷原子的sp3雜化構(gòu)型還使其表面存在一孤對(duì)電子對(duì)，極易發(fā)生表面氧化，表面氧化對(duì)磷烯的電子性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。研究人員對(duì)黑磷烯表面氧化現(xiàn)象的研究發(fā)現(xiàn)，表面氧化后的黑磷烯結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變形且仍可穩(wěn)定

2、存在，其帶隙由原來(lái)的1eV減小為0.6eV，仍為直接帶隙。未來(lái)有可能通過(guò)CVD等方法來(lái)制備磷烯。黑磷烯具有大量的同素異構(gòu)體，而不同的同素異構(gòu)體穩(wěn)定性差別不是很大，那么在使用CVD方法制備磷烯時(shí)，各種不同結(jié)構(gòu)的磷烯就有可能共存。因此，對(duì)磷烯異構(gòu)體及其氧化衍生物的穩(wěn)定性和電子性質(zhì)的研究就顯得十分必要。為了填補(bǔ)這方面的空白，我們主要做了以下方面的研究：
　?。?）我們采用基于密度泛函理論的第一性原理方法，依托vasp軟件包研究了磷烯的一

3、種新的同素異構(gòu)體——tricycle構(gòu)型（紅磷烯）的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電子性質(zhì)。tricycle構(gòu)型的磷烯可以看做是將stirrup構(gòu)型的黑磷烯和chair構(gòu)型的藍(lán)磷烯兩者基因片段進(jìn)行重新組合。我們的研究發(fā)現(xiàn)，重新組合的tricycle構(gòu)型紅磷烯與它母體的兩種構(gòu)型磷烯相比較，其熱力學(xué)穩(wěn)定性相差不大，我們有理由相信這三者在制備過(guò)程中極具共存的可能。我們對(duì)tricycle構(gòu)型紅磷烯的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性、電子性質(zhì)及功函數(shù)等進(jìn)行了詳細(xì)研究，我們還對(duì)其進(jìn)行了

4、應(yīng)力調(diào)控研究，發(fā)現(xiàn)在對(duì)其施加應(yīng)力的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生直接帶隙到間接帶隙和半導(dǎo)體型到金屬型的轉(zhuǎn)化。
　　（2）我們采用基于密度泛函理論的第一性原理方法，對(duì)表面氧化后六種不同構(gòu)型磷烯的穩(wěn)定性和電子性質(zhì)進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)磷烯氧化后結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變形，幾種構(gòu)型的磷烯表面氧化變形后其熱力學(xué)穩(wěn)定性均高于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的stirrup構(gòu)型的黑磷烯，其中最穩(wěn)定的為twist-boat構(gòu)型的磷烯，它在動(dòng)力學(xué)上也是可以穩(wěn)定存在的，它也是間接帶隙的半導(dǎo)體型，帶隙大小