低維碳材料催化性質(zhì)及二硫化鉬電子性質(zhì)研究.pdf

1、本文中，我們采用基于密度泛函理論（DFT）的第一性原理方法，主要研究了三部分內(nèi)容，包括B、N摻雜碳納米管的催化性質(zhì)；B、N摻雜石墨烯的催化性質(zhì)；雙層二硫化鉬的間接帶隙到直接帶隙轉(zhuǎn)變以及帶隙寬度調(diào)整。
　　在第一部分中，我們采用第一性原理方法對B、N摻雜的碳納米管對CO的催化性質(zhì)進行了詳細研究。計算了不同B、N摻雜的碳納米管結(jié)構(gòu)對CO催化氧化的反應勢壘。發(fā)現(xiàn)B和N單獨摻雜都能使碳納米管產(chǎn)生催化活性。而在B、N共摻時，反應勢壘隨著B、

2、N之間距離的增大而降低，碳納米管的催化活性隨之增強。當B、N位于最近鄰位置時，催化性質(zhì)隨著N原子摻雜數(shù)目的增多而增強。其原因是B和N結(jié)合成對摻雜時，N的自由電子與B的空缺軌道結(jié)合，使得碳納米管的惰性很難被打破。當B和N分離摻雜時，自由電子或空穴與C原子的π電子結(jié)合，使碳納米管產(chǎn)生催化活性。
　　在第二部分，我們運用第一性原理方法研究了B、N摻雜的石墨烯對CO的催化性質(zhì)。選取了六種B、N摻雜的石墨烯結(jié)構(gòu)進行研究。通過詳細的計算，我們

3、發(fā)現(xiàn)，對于B-N，B-2N，B-3N摻雜的石墨烯，其催化CO氧化的反應勢壘隨著N原子摻雜濃度的升高而降低，也就是說石墨烯的催化性質(zhì)隨著 N原子摻雜濃度的提高而增強。而對于B-N，3-BN兩種結(jié)構(gòu)，由三個B-N對組成的3-BN六元環(huán)摻雜的石墨烯的催化性質(zhì)比一個B-N對摻雜時明顯增強。因此我們認為當B和N摻雜濃度相同時，催化CO的反應勢壘隨著摻雜濃度的增大而降低，石墨烯催化活性隨之提高。由此我們得到B、N摻雜能夠使石墨烯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生催化活性，并

4、且其催化性質(zhì)可以通過不同的B、N摻雜濃度來改變。
　　最后，我們通過能帶折疊理論分析和第一性原理方法，仔細研究了雙層二硫化鉬超晶格的電子特性。在雙層二硫化鉬六角超晶格（N, M）中，當N和M都是3的整數(shù)倍時，導帶底能夠從 K點折疊到Γ點從而成為直接帶隙半導體。而在雙層二硫化鉬正交超晶格（P, Q）中，當Q是3的整數(shù)倍時，導帶底也能夠折疊到Γ點成為直接帶隙半導體。不論在六角超晶格還是正交超晶格中，都可以通過摻雜O原子使贗超晶格成為真