氧化物納米團簇的結構設計及電學特性.pdf

1、納米氧化鋅是帶寬3.37eV的寬帶半導體材料，以其優(yōu)良的物理化學特性引起了人們的極大關注，在太陽能電池，傳感器，光催化材料，量子器件等領域具有廣泛的應用前景。由于量子尺寸效應氧化鋅納米結構(包括納米團簇、納米線、納米管和納米帶等)具有與塊體材料不同的性質，從而為調控其物理化學特性提供了新的途徑。關于氧化鋅納米團簇的研究尤為重要，不僅為氧化鋅納米團簇的生長和應用提供理論指導，同時也有助于理解氧化鋅納米生長機制。 本文采用分子動力學

2、模擬與密度泛函理論計算相結合的方法，研究了不同尺寸的氧化鋅(ZnO)n團簇的穩(wěn)定結構和電子學特性，并針對幾個特定尺寸的氧化鋅團簇的幾何結構和電子結構進行了系統(tǒng)的研究，同時對管狀和鏈式的氧化鋅團簇的能量和電子特性進行初步的探討，具體的內容如下： 1.采用分類與基元相結合的方法，設計和構造了大量的氧化鋅團簇的初始構型，經過結構優(yōu)化得到了n=2.48范圍內的穩(wěn)定結構，并研究了氧化鋅團簇的穩(wěn)定結構模式、形成能和電子結構隨團簇尺寸的變化關

3、系。得到了以下的結論：1)團簇的穩(wěn)定結構模式與團簇的尺寸密切相關，根據(jù)結構模式的變化規(guī)律，可以劃分為三個區(qū)域，即當n=2.7，穩(wěn)定結構模式是環(huán)狀結構，形成能隨尺寸增大急劇下降；在n=7.12的尺寸范圍屬環(huán)狀結構到籠狀結構的過渡區(qū)域，形成能隨團簇的尺寸發(fā)生振蕩；當n≥13，團簇的穩(wěn)定結構模式是籠狀結構，形成能隨尺寸的變化趨于平緩。2)籠狀結構由Zn-O四邊形、六邊形和八邊形組成，其中的原子具有三配位結構，即每個原子和周圍的三個原子相連，四

4、邊形、六邊形和八邊形的數(shù)目滿足歐拉定理。3)團簇的能隙(HOMO-LUMO gap)隨團簇尺寸的增加發(fā)生振蕩。 2.對n=12，16和24的團簇的可能的結構模式進行了較系統(tǒng)的研究，在計算過程中充分考慮了各種可能的異構體，發(fā)現(xiàn)八邊形的引入降低了團簇的穩(wěn)定性，而由四邊形和六邊形組成的結構具有很好的穩(wěn)定性。 3.對管狀氧化鋅團簇的研究表明：團簇中原子(端部原子除外)呈現(xiàn)四配位結構，即每個原子和周圍的四個原子相連。六邊形管狀結構