磷掺杂半导体单壁碳纳米管电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了掺磷(P)单壁碳纳米管(SWCNT)的电子结构性质.结果表明,引入掺杂原子可显著改变SWCNT费米能级附近的能带结构,掺杂SWCNT的电子态密度(DOS)向低能端移动,其最高分子占据轨道(HOMO)与最低分子非占据轨道(LUMO)间的能隙减小,掺杂的磷原子比碳原子多出的电子更容易从价带向导带跃迁.     

氮掺杂(10,0)单壁碳纳米管的电子结构

利用密度泛函第一原理研究不同氮掺杂方式(10,0)单壁碳纳米管的电子结构. 当氮原子取代碳纳米管中的碳原子时, (10,0)单壁碳纳米管转变为n型半导体. 当氮原子吸附在碳纳米管表面时, (10,0)单壁碳纳米管转变为p型半导体, 同时与吸附氮原子相连碳原子的p轨道上的小部分电子被激发至d轨道上.      

硼掺杂对(2,2)单壁碳纳米管电子结构影响研究

基于密度泛函理论下的第一性原理,计算了不同Ｂ掺杂浓度的SWCNT的几何形状结构、杂质的形成能、能带结构和态密度（DFT）,研究了Ｂ掺杂对（2,2）单壁碳纳米管（SWCNT）电子结构的影响．Ｂ杂质的引入使SWCNT的管径增大,杂质的形成能为负值,表明（2,2）SWCNT进行掺Ｂ的过程为放热反应,Ｂ原子以替位形式掺入碳纳米管中是可行的．掺杂Ｂ后,SWCNT的费米能级向价带迁移,使（2,2）SWCNT转变为ｎ型半导体．     

磷掺杂对单壁碳纳米管电子结构的影响

用基于密度泛函理论的第一性原理对掺P的单壁碳纳米管（SWCNT）进行以下方面的计算：几何形状结构和电子能带结构,杂质的形成能、总能量、态密度和能带结构.得出在不同管径的P掺杂SWCNT中,杂质的形成能随着管径的增大而增大,相同管径的SWCNT的总能量随着掺杂浓度的增大而减小,不同位置杂质P和它附近的C所形成的键角不同,进一步得到不同位置杂质产生的杂质能级的位置也不同,这可能由C—P—C键角的大小决定.从结果中还得到P原子以替位式掺杂形式掺入到碳纳米管中是可行的,而且掺P的SWCNT导电呈现出N型.     

硼/磷掺杂单壁碳纳米管电子结构的第一性原理计算

利用第一性原理电子结构计算方法,基于密度函数理论(DFT),研究了硼(B)/磷(P)掺杂单壁碳纳米管.有无外电场时的总能量,Mayer键级,能带结构和态密度被计算.结果表明有电场时B/P掺杂单壁碳纳米管比无电场时更稳定.B/P掺杂单壁碳纳米管有特殊的能带结构,非常不同于B/N掺杂碳纳米管;由于硼/磷掺杂打破了单壁碳纳米管的对称结构,使得金属型碳纳米管被转换为半导体型.B/P掺杂单壁碳纳米管中的成键方式被详细研究.     

掺杂硫化铅体系的电子性质研究

基于密度泛函理论和广义梯度近似,对掺杂PbS体系进行了电子性质的第一性原理计算. 首先,对恒定掺杂浓度(6.25%)时3种替换杂质(Cd、Sn、Sb)不同掺杂位置的形成能进行比较分析,得到了最稳定的掺杂结构. 然后,计算不同掺杂体系的能带结构,能带结构发生了平移,带隙随掺杂原子序数单调递减. 最后,研究掺杂前后光学性质,光学性质的显著变化出现在Sb掺杂的PbS体系中,主要包括介电光谱下杂质峰的出现、相关红移现象以及掺杂后吸收谱能带边缘的拓展. 同时,Cd掺杂PbS介电光谱的反射峰最小.     

硅掺杂碳纳米管的第一原理研究

采用密度泛函理论研究了纯（5,5）碳纳米管和硅掺杂（5,5）碳纳米管的几何结构和电子结构,计算了硅掺杂后碳纳米管局部结构的变化、硅掺杂碳纳米管的形成能和表面的电荷分布,以及硅原子掺杂前后碳纳米管的差分电荷密度。研究结果表明硅原子掺杂对碳纳米管的结构影响很大,硅原子与碳原子形成化学键,引起碳纳米管上电荷重新分布,引起电荷转移。     

Arm-Chair型SWCNT结构、电子特性及B掺杂对其的影响

采用密度泛函理论(DFT)和局域密度近似(LDA)方法,通过构型优化得到硼原子掺杂前后的单壁碳纳米管SWCNT(4、4)稳态几何构型、能量、能带和态密度。并通过比较发现替代前后SWCNT在沿着c轴的方向键长增加;B原子取代使Fermi面附近SWCNT的价带和导带出现分裂;系统替代前后均具有金属性。     

Mn掺杂GaSb的电子结构和光学性质

采用第一性原理方法,交换关联泛函采用局域密度近似,并对计算体系电子的库仑能进行了修正,即采用LDA+U的方法计算研究了Mn掺杂GaSb半导体材料的能带结构和光学性质.研究结果表明:Mn掺杂GaSb体系(Mn-GaSb)的光学性质得到了有效改善,大大提升了对红外光区、远红外光区光子的吸收幅度,其中Mn替代Ga(Mn@Ga...     

Fe_2O_3分子与单壁碳纳米管之间相互作用的研究

文章采用密度泛函理论(DFT),研究了一个、两个Fe2O3分子在单壁碳纳米管(9,0),(10,0)和(14,0)内部的稳定结构和电子性质,获得了随着单壁碳纳米管直径的增加,结合能逐渐增大,而带隙却减小.且由于Fe2O3分子填充单壁碳纳米管内后两者之间发生了相互作用,使得电荷从单壁碳纳米管转移到了Fe2O3分子;与放入一个Fe2O3分子的单壁碳纳米管相比,放入两个Fe2O3分子时,分子和碳纳米管结合能更大,结构更稳定.     

Zr 掺杂对锐钛矿型TiO2 电子结构和光学性质的影响

本文采用密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了Zr 掺杂对锐钛矿型TiO₂ 电子结构和光学性质的影响, 计算了Zr 掺杂前后锐钛矿型TiO₂ 的电子态密度分布、能带结构、光吸收系数等性质, 定性地分析了掺杂前后电子结构和光学性质的变化. 研究结果表明: Zr 掺杂锐钛矿型TiO₂, 导致带隙减小, 掺杂后在360~400nm 附近的光吸收系数增大, TiO₂ 的吸收带产生红移, 增强了TiO₂ 的光催化活性, 理论与实验结果 一致.     

Pt掺杂锐钛矿型TiO2电子结构和光学性质第一性原理研究

为了研究Pt掺杂对锐钛矿型TiO2电子结构和光学性质的影响,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,对未掺杂和Pt掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构和光学性质做第一性原理计算。得到了掺杂前后的品格结构常数、结合能电子态密度分布、能带结构、介电函数虚部、光吸收系数等性质,定性地分析了掺杂前后能带结构和光学性质的变化。研究结果表明,Pt掺杂锐钛矿型TiO2带隙中能产生新的能带,而且能带位置明显下移,掺杂后不但能使TiO2的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,表现出较高的光催化活性,理论与实验基本吻合。     

Si掺杂InN的电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势(PWP)方法,结合广义梯度近似(GGA)计算了Si掺杂的InN的电子结构和光学性质,包括能带结构、态密度、介电常数、吸收系数、反射和电子能量损失等.计算表明掺入Si后电子趋于深能级分布,介电函数虚部出现新峰、反射峰的强度有所增强,吸收边和电子能量损失谱有蓝移现象;这些变化与Si掺杂后引起电子密度改变有关.     

单壁碳纳米管尺寸和手性对α-丙氨酸分子手性转变限域的影响

用量子化学ONIOM(B3LYP/6-31++g*:UFF)方法,考察扶椅型单壁碳纳米管SWCNT(5,5),(6,6),(7,7)、锯齿型SWCNT(9,0),(10,0),(11,0)和螺旋型SWCNT(8,2),(8,3),(8,4),(9,1),(9,2),(9,3)中的α-Ala分子结构和手性转变机制.结果表明:与单体相比,当α-Ala分子限域在直径小的SWCNT中时,其C—C—C键角、C—C—N—C二面角和H—N—H键角增加较大,其他结构参数值略有增减;只存在H先在羧基内转移,手性碳上的H再以羰基11O为桥梁转移的反应通道;当α-Ala分子限域在SWCNT(5,5),(9,0),(8,2),(9,1)中时,羧基内H转移和H从手性碳转移到羰基的能垒较低;α-Ala分子限域在SWCNT中的H转移反应能垒随管径的减小而降低;不同手性的SWCNT对H转移反应能垒影响较小.     

Ti掺杂扶手椅型石墨烯纳米带电子和光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，深入研究了Ti掺杂对扶手椅石墨烯纳米带(AGNRs)电子结构和光学性质的影响.研究表明：Ti原子的引入不会改变AGNR(7,4)原有的半导体性，但是可以通过改变掺杂位置和掺杂浓度来调控AGNR(7,4)的带隙；增大Ti掺杂的浓度，体系的带隙减小，其LUCB和HOVB的色散逐渐增大，LUCB和HOVB主要源于Ti原子及邻近C原子上电荷的贡献；Ti掺杂的AGNR(7,4)在3～9 eV的紫外线范围内能吸收特定波长的光，通过改变掺杂浓度可以有效地调节吸收强度.该项研究结果对石墨烯纳米带在纳米电子和光电器件的设计及应用中具有理论指导意义.     

N和S共掺杂对TiO2电子结构与光学性质的影响

基于第一性原理的计算方法研究了N和S共掺杂的锐钛矿相TiO₂的晶体结构、电子结构及光学性质.计算结果表明掺杂后晶格发生了变化,同时导带位置下移导致了TiO₂的禁带宽度变小.N和S共掺杂使TiO₂在紫外光区和可见光区有更强的光吸收特性.     

N/Zr共掺杂锐钛矿型TiO_2光催化协同作用机制的第一性原理研究

采用平面波超软赝势法计算了N,Zr单掺杂和共掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构和光学性质.根据能量最低原理比较了不同替位掺杂构型的最稳定结构,而后分析单、共掺杂构型中各自的能带结构,通过计算态密度及分波态密度分析了其光学性质改善机制.此外通过分析体系的电荷密度图得出N与Zr有团簇成键的趋势.对不同掺杂体系的光学性质进行了对比分析,发现共掺杂方法可以有效增强TiO2材料对可见光的吸收以促进其更好的利用太阳能.本文的理论计算和分析将有助于理解共掺杂方法提高TiO2光催化效应的协同作用机制.     

Si在Au(111)面的电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理,对Si原子在Au(111)表面和体内掺杂的电子结构和光学性质进行了比较研究。结果表明,在Au(111)体内掺杂时,Si原子与周围六个Au原子成键,p电子更局域。电荷密度分析表明,掺杂Si后,Au原子周围的电子密度明显减少,而SiAu原子之间的电子密度明显增加,电子由Au原子向SiAu原子之间转移。通过计算Mul-liken键级表明,SiAu原子之间形成共价键,表面掺杂时的SiAu键级比体内大。吸收谱的计算表明,在体内掺杂Si原子时的吸收谱明显增强。     

Cu掺杂A-TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Cu掺杂的A-TiO_2的电子结构和光学性质.结果表明,p型Cu掺杂会在禁带中引入杂质能级,同时杂质能级的数目随着掺杂Cu原子的增加而增多.由于杂质能级的出现,掺杂体系的禁带宽度变宽但有效禁带宽度降低,电子从低能级向高能级跃迁所需的光子能量变小,掺杂体系吸收谱的吸收峰发生明显的红移.掺杂体系在可见光区(680nm处)出现新的吸收峰,当Cu原子掺杂摩尔分数为4.17%时,A-TiO_2对可见光的净吸收最优,可有效提升A-TiO_2光催化剂的性能.可为制备高效的TiO_2半导体光催化材料研究提供参考.     

The effects of N, F and S doping on electronic structures and optical Properties of TiO2

基于第一性原理的计算方法研究了掺杂N,F,S的锐钛矿相TiO2的晶体结构、电子结构及光学性质。计算结果表明掺杂后晶格发生了变化,同时导带位置下移导致了TiO2的禁带宽度变小。S掺杂使TiO2在紫外光区和可见光区有更强的光吸收特性。