新型二维半导体材料载流子迁移率及光催化性质的理论研究
发布时间：2022-11-10 20:36
环境污染和能源短缺是当今社会关注的焦点问题。目前,全球大部分能源供应仍来自于化石燃料,导致了日益严重的环境污染和持续升级的全球气候变化。因此,优化能源结构、提高能源利用率、发展清洁和可再生能源,是满足全球日益增长的能源需求和解决大量化石燃料过度使用所带来环境问题的关键。在过去的几十年里,传统材料性质的瓶颈限制了研发低能耗器件、寻找新能源等方面的探索研究。直到2004年,具有独特物理和光电特性的二维单层石墨烯被成功制备,为新型能源材料的探索开辟了一条新道路。自此,大量具有原子级别厚度的新型二维纳米材料,如过渡金属硫化物、六方氮化硼、黑磷烯、硅烯以及过渡金属碳化物或碳氮化物等陆续被发现并广泛应用于光电器件、光电催化、传感器和储能材料等领域。本论文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,首次系统地研究了三类新型二维半导体纳米材料:单层/双层SnP3半导体和Penta-X2Y（X=P,As,Sb;Y=C,Si）体系,探究了它们的力学性质、电子性质及应变响应、光吸收特性、载流子输运性质以及作为光催化剂裂解水制氢的可能性等,本论文的理论研究结果对低功耗...
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 新型二维纳米材料简介
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 过渡金属碳化物、碳氮化物 (MXenes)
1.3 二维纳米材料的应用进展
1.3.1 光电子器件
1.3.2 光催化
1.3.3 电子传感器
1.3.4 充电电池
1.3.5 超级电容器
1.4 研究意义和内容
第二章 理论与计算方法
2.1 量子力学基本理论
2.1.1 多粒子体系的薛定谔方程 (Schr?dinger equation)
2.1.2 绝热近似 (Born-Oppenheimer approximation)
2.1.3 单电子近似
2.1.4 哈特利-福克(Hartree-Fock)理论
2.2 密度泛函理论
2.2.1 霍恩伯格-科恩(Hohenberg-Kohn)定理
2.2.2 科恩-沈吕九(Kohn-Sham)定理
2.3 交换关联能量泛函
2.3.1 局域密度近似 (Local Density Approximation,LDA)
2.3.2 广义梯度近似 (Generalized Gradient Approximation,GGA)
2.3.3 杂化密度泛函 (Hybridization Functional)
2.4 载流子输运特性理论基础
2.4.1 玻尔兹曼输运理论 (Boltzmann transport theory)
2.4.2 形变势理论 (Deformation potential theory)
第三章 超高载流子迁移率的二维SnP_3的理论研究
3.1 引言
3.2 计算方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 二维层状半导体SnP_3的结构设计与稳定性
3.3.2 二维层状半导体SnP_3的电子结构性质
3.3.3 应变调控对单层和双层SnP_3能带结构的影响
3.3.4 单层和双层SnP_3的载流子迁移率及光吸收性质
3.4 本章小结
第四章 超高载流子迁移率的柔性Penta-X_2C光催化性质的理论研究
4.1 引言
4.2 计算方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)的稳定结构和力学性质
4.3.2 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)的光催化裂解水及光吸收性质
4.3.3 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)电子能带结构的应变响应
4.3.4 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)的载流子输运特性
4.4 本章小结
第五章 Penta-X_2Si(X=P, As, Sb)半导体体系光催化性质的理论研究
5.1 引言
5.2 计算方法
5.3 计算结果与讨论
5.3.1 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的结构设计与稳定性
5.3.2 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的电子能带结构性质
5.3.3 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的载流子输运特性
5.3.4 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的光学特性
5.4 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间完成的学术论文
本文编号：3705256
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 新型二维纳米材料简介
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 过渡金属碳化物、碳氮化物 (MXenes)
1.3 二维纳米材料的应用进展
1.3.1 光电子器件
1.3.2 光催化
1.3.3 电子传感器
1.3.4 充电电池
1.3.5 超级电容器
1.4 研究意义和内容
第二章 理论与计算方法
2.1 量子力学基本理论
2.1.1 多粒子体系的薛定谔方程 (Schr?dinger equation)
2.1.2 绝热近似 (Born-Oppenheimer approximation)
2.1.3 单电子近似
2.1.4 哈特利-福克(Hartree-Fock)理论
2.2 密度泛函理论
2.2.1 霍恩伯格-科恩(Hohenberg-Kohn)定理
2.2.2 科恩-沈吕九(Kohn-Sham)定理
2.3 交换关联能量泛函
2.3.1 局域密度近似 (Local Density Approximation,LDA)
2.3.2 广义梯度近似 (Generalized Gradient Approximation,GGA)
2.3.3 杂化密度泛函 (Hybridization Functional)
2.4 载流子输运特性理论基础
2.4.1 玻尔兹曼输运理论 (Boltzmann transport theory)
2.4.2 形变势理论 (Deformation potential theory)
第三章 超高载流子迁移率的二维SnP_3的理论研究
3.1 引言
3.2 计算方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 二维层状半导体SnP_3的结构设计与稳定性
3.3.2 二维层状半导体SnP_3的电子结构性质
3.3.3 应变调控对单层和双层SnP_3能带结构的影响
3.3.4 单层和双层SnP_3的载流子迁移率及光吸收性质
3.4 本章小结
第四章 超高载流子迁移率的柔性Penta-X_2C光催化性质的理论研究
4.1 引言
4.2 计算方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)的稳定结构和力学性质
4.3.2 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)的光催化裂解水及光吸收性质
4.3.3 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)电子能带结构的应变响应
4.3.4 Penta-X_2C (X= P, As, Sb)的载流子输运特性
4.4 本章小结
第五章 Penta-X_2Si(X=P, As, Sb)半导体体系光催化性质的理论研究
5.1 引言
5.2 计算方法
5.3 计算结果与讨论
5.3.1 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的结构设计与稳定性
5.3.2 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的电子能带结构性质
5.3.3 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的载流子输运特性
5.3.4 Penta-X_2Si (X= P, As, Sb)的光学特性
5.4 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间完成的学术论文
本文编号：3705256
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3705256.html