Ti3C2电极材料的密度泛函理论计算

研究H—,—O—,F—三种基团在Ti3C2表面的吸附, 通过密度泛函理论模拟计算吸附后结构的电子性质和量子电容. 结果表明： 3个相邻C原子中心处的正上方是最佳吸附位; 基团吸附可调制Ti₃C₂的电子结构； Ti₃C₂表面吸附H—基团的量子电容提升效果最好, 且在负偏压下具有较高的电荷积累能力.     

SnO2(110)表面In掺杂对NO2气敏吸附性能提升的理论研究

为了阐明In的掺杂能提高SnO₂(110)表面气敏性能的反应机制,采用密度泛函理论研究了NO₂分子在In掺杂SnO₂(110)表面的吸附行为. 计算结果表明:In的掺杂可以提高材料表面的导电性,形成具有氧空位的缺陷表面,有利于发生活性氧在表面的预吸附过程. 掺杂的In_5c/SnO₂(110)表面对NO₂表现出良好的吸附性,对NO₂气体的选择性和灵敏度提高的主要原因是In掺杂后氧空位缺陷表面的形成. 此外,活性氧物种的预吸附对材料表面气敏性能的影响取决于NO₂在材料表面的具体吸附位点,其中Sn_5c位点的吸附促使电荷从表面转移到气体分子,导致表面电阻的增大以及氧空位的产生,从而表现出优异的气敏吸附性能.     

硅烯电极材料的第一性原理计算

用第一性原理计算硅烯在N和S原子共掺杂时的能带及电子态密度, 并研究硅烯量子电容与不同掺杂构型间的关系. 结果表明: 引入N/S和N/B共掺杂原子可导致Fermi能级处产生局域态; 在-0.6~0.6 V内, 用NSS,NS,NBB,NNB和NB掺杂硅烯的量子电容均增加, 其中NSS掺杂单空位硅烯在Fermi能级附近, 其量子电容为43.9 μF/cm2, 量子电容增加明显.     

Ptn石墨烯体系氧还原反应的第一性原理计算

通过构建单层六方石墨烯(单空位)超晶胞结构, 用基于密度泛函理论的第一性原理研究Pt 石墨烯体系中反应前O₂的吸附(脱附)势 垒及反应过程中H₂O分子和OH的脱附势垒, 并研究Pt团簇石墨烯体系中（Pt₂石墨烯和Pt₄石墨烯）氧还原反应(ORR)的中间产物及其吸附能的变化过程, 给出ORR的最优路径.     

CdBr2对CsPbBr3钙钛矿晶界处缺陷态调控及光电性能影响

通过CdBr₂对全无机CsPbBr₃钙钛矿薄膜进行钝化处理,研究不同浓度CdBr₂的异丙醇溶液对全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池光电性能的影响.结果表明:CdBr₂钝化CsPbBr₃钙钛矿表面后,降低了钙钛矿表面的Br空位缺陷密度,抑制了非辐射复合,促进了光生电子和空穴的抽取和传输,因此降低了界面光电子复合损失,使全无机钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率从6.58%提高到8.19%,开路电压从1.368 V提高到1.531 V.     

单层含硫空位MoS2光伏效应的第一性原理研究

基于非平衡态格林函数——密度泛函理论，采用第一性原理研究方法，对单层含硫空位MoS₂的光伏效应进行了研究.利用能带图和联合态密度分析单层含硫空位MoS₂的光响应函数.结果表明:对于单层含硫空位的MoS₂，线偏光电流效应不明显，而圆偏光电流效应比较明显.计算模拟了随偏振角(相位角)变化的光响应函数，计算结果符合唯象理论.单层含硫空位的MoS₂可被应用于新型电子和光电子器件中，为进一步认识单层硫空位MoS₂的光电流效应提供了新的理论基础.     

重离子辐照下石墨烯力学性能的分子动力学研究

利用分子动力学方法研究了不同剂量的碳离子辐照石墨烯产生损伤后对其拉伸力学性能的影响, 包括应力?应变曲线、杨氏模量以及拉伸强度等。入射离子能量为1 keV, 入射剂量分别为2.00×10¹³, 6.01×10¹³, 1.00×10¹⁴ and 2.00×10¹⁴cm^-2。结果表明, 离子辐照后产生了单空位缺陷、双空位缺陷及复杂缺陷等, 这些缺陷对石墨烯的力学性能产生了显著影响, 如剂量为2.00×10¹³cm^-2时, 石墨烯中只存在两个单空位缺陷, 但与完美石墨烯相比, 杨氏模量却从780.19 GPa减小到128.77 GPa, 拉伸强度也从161.81 GPa变为30.85 GPa, 并且缺陷个数越多, 力学性能越差。另外, 对辐照导致样品变形以及断裂的物理机制也进行了讨论。     

二维过渡金属磷化物MnTn+1(M=V,Cr;T=P,As,Sb)的第一性原理计算研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了二维过渡金属磷系化合物M_n T_n+1 (M=V, Cr;T=P, As, Sb)材料的结构、稳定性、电子结构和磁性质.通过计算形成能和声子谱,发现只有V₄As₅、Cr₂P₃、 Cr₃P₄、 Cr₄P₅、 Cr₂As₃和Cr₃As₄是稳定的二维磁性多层膜.计算结果表明,这些稳定的二维磁性材料都是反铁磁金属.此外,还对这些材料的电子结构和磁耦合机制做了进一步的分析.     

Se与Te替位掺杂对WS2-MoS2纳米器件电子输运性质的影响

基于密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的第一性原理计算方法,研究了Se与Te原子替位掺杂对WS₂-MoS₂纳米器件电子输运性质的影响.结果表明,WS₂-MoS₂纳米器件为间接带隙半导体,器件电流在[+0.7 V,+1.0 V]与[-1.0 V,-0.9 V]偏压范围内随着偏压的增大逐渐减小,呈现显著的负微分电阻效应;Se与Te原子对WS₂-MoS₂纳米器件进行替位掺杂后均呈现有趣的负微分电阻效应,器件两端电流的隧穿也显著改善;Se原子对WS₂-MoS₂纳米器件中S原子进行替位掺杂时,器件转化为p型半导体;Te原子对WS₂-MoS₂纳米器件中S原子进行替位掺杂时,器件转化为p型半导体甚至金属,且导电性能大幅提升.     

WO3/石墨烯的湿化学法制备及其室温光激发甲苯气敏性能

采用简单的低温化学合成法成功制备出WO₃/石墨烯纳米复合材料,该材料在室温下表现出极佳的光激发甲苯气敏性能。结果表明:石墨烯的加入会使WO₃片层尺寸减小到300 nm左右,同时会组装成球状结构。在复合材料中石墨烯与WO₃会以化学键结合,有效降低WO₃中氧空位的浓度。在蓝光激发下,WO₃/石墨烯复合材料对100 mL/m3甲苯的气敏响应性能比WO₃材料提高了3.3倍。该甲苯传感材料在易爆、易燃和有毒环境中有很好的应用前景。     

一种氧化铁/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能研究

采用水热法制备Fe₂O₃+RGO-2复合材料,借助X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)等分析手段,对样品的微观样貌组成进行表征,并利用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试评价其作为超级电容器电极材料的电化学性能。结果表明：Fe₂O₃+RGO-2复合材料颗粒分散,尺寸均一,在KOH电解液中存在赝电容效应,电化学阻抗小,成型密度高。当扫描速率在5 mV/s时,其比容量可以达256.11 F/g,经500 th次的恒流充放电之后,材料的比电容保持率高。研究结果有助于推动金属氧化物材料在电极材料上的应用,并对氧化铁/石墨烯复合材料的研究具有借鉴意义。     

NiCo2O4/RGO复合材料的制备及其电化学性能

采用两步水热法制备NiCo₂O₄/RGO复合材料,并对其电化学性能进行研究.研究结果表明,当电流密度为1 A/g时,NiCo₂O₄/RGO复合材料的比电容高达2 332.40 F/g,约是NiCo₂O₄材料的3倍,当电流密度增加至10 A/g时,其比电容还能保持为1 127.22 F/g,表现出优异的倍率性能.这归因于复合材料特殊的多孔蓬松结构,有效增加了材料的比表面积,NiCo₂O₄的比表面积为56.488 0 cm²/g,而NiCo₂O₄/RGO复合材料的比表面积高达188.604 2 cm²/g,能够提供更多的反应活性位点,同时RGO能够有效提高材料的导电性,两者之间的协同作用使得电化学性能大幅提升.     

二维过渡金属硫族化物MX2-MX-MX2(M=V,Cr,Mn,Fe;X=S,Se,Te)的计算研究

采用基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理计算,研究了二维过渡金属硫族化合物MX₂-MX-MX₂(M=V,Cr,Mn,Fe;X=S,Se,Te)材料的晶体结构、稳定性、电子结构和磁性质,并对这些材料的磁耦合机制进行了分析.计算结果表明,这些化合物的形成能均为负值,说明这些化合物有可能被实验合成.其中,MnS₂-MnS-MnS₂和MnSe₂-MnSe-MnSe₂呈现出铁磁半金属性质,而CrS₂-CrS-CrS₂在外加应力下能够转变成铁磁半金属.     

氧原子补偿缺陷对Ni3S2(101)晶面析氧反应性能的影响

为深入了解催化剂中晶体缺陷对析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)催化性能的影响，运用第一性原理研究S空位对Ni₃S₂(101)晶面的影响，并通过O原子补偿空位提高催化剂的催化活性.计算结果表明：空位的引入有利于OER过程中含氧中间体的吸附，但却严重阻碍了其解吸附，导致催化活性降低；当O原子通过替位掺杂对S空位进行补偿时，可有效改善催化剂活性位点的解吸附能力，使缺陷体系的催化活性得到大幅提高.本文所得结果为设计高效的Ni₃S₂基二维电催化剂提供了参考.     

高耐磨导静电石墨烯杂化材料/丁苯/顺丁胎面胶的研制

采用单宁酸辅助液相剥离所制备的石墨烯,获得了比普通石墨烯更好的分散性,可以达到低成本、高产量和环保的要求。用硅烷偶联剂(KH550)改性处理的SiO₂和单宁酸修饰的石墨烯发生反应形成强杂化键,成功得到石墨烯-SiO₂杂化材料。研究了石墨烯-SiO₂杂化材料在丁苯/顺丁橡胶复合材料中的力学性能,同时还研究了将导电炭黑与石墨烯-SiO₂杂化材料共混后在丁苯/顺丁橡胶复合材料中的力学性能以及导电导热性能。结果表明：加入1份石墨烯-SiO₂杂化材料时,丁苯/顺丁橡胶复合材料获得了相对良好的耐磨性;如果负载超过1份,石墨烯填料之间会很容易发生再聚集,导致磨损体积相比于空白对照组有所增加;加入8份自制石墨烯时,电阻值降低至2×10⁶Ω,橡胶复合材料的抗静电性能得到了明显的改善。     

CO2和CO分子在五边形石墨烯表面的吸附行为

五边形石墨烯具有多种优秀的特性,其较大的比表面积和非直接带隙可能有利于气体分子的吸附. 本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,逐步研究了两种常见的气体分子CO₂和CO在五边形石墨烯表面的吸附行为. 根据五边形石墨烯的结构特点,以及CO₂和CO的分子形态,CO₂总共有四种吸附方式,而CO则有六种吸附方式. 通过计算吸附能、电荷转移、吸附距离、能带间隙、电荷密度和态密度、分波态密度等指标,探究这两种气体分子不同方式的吸附情况. 结果显示,气体分子的不同吸附方式对吸附行为有明显的影响. 而且在同种情况下,CO普遍比CO₂分子有更好地吸附效果. 但由于气体分子与基底之间未能形成化学键,CO₂和CO在五边形石墨烯表面的吸附是比较弱的物理吸附.     

δ-MnO2/Ti2CTx复合材料的制备与电化学性能研究

以Ti₂AlC为前驱体、LiF-HCl的水溶液为刻蚀液、KMnO₄为氧化剂和锰源,采用溶液-沉积法制备了δ-MnO₂/Ti₂CT_x复合电极材料.分别采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、拉曼光谱等方法对试样进行了表征; 以镍网为对电极、银/氯化银为参比电极、2 mol·L^-1 KOH溶液为电解质溶液,在3电极体系中采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗等电化学方法研究了复合材料的电化学性质.结果表明:当δ-MnO₂/Ti₂CT_x复合电极材料在电流密度为1 A·g^-1时,复合材料的比电容高达227 F·g^-1.δ-MnO₂/Ti₂CT_x是一种性能良好的电化学电极材料,具有潜在的应用前景.     

衬底偏压对γ′-Fe4N薄膜磁性的影响

采用直流磁控溅射方法, 以Ar/N₂（N₂/(Ar+N₂)=10％）为放电气体, 在Si(100)单晶衬底上获得了γ′-Fe₄N薄膜样品. 利用X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)研究衬底偏压对γ′-Fe₄N薄膜样品的影响. 结果表明, 随着衬底负偏压的增大, γ′-Fe₄N薄膜样品的晶胞参数减小, Fe和N的化合效率与样品的致密度提高, 表面缺陷减少, 矫顽力降低.      

电解质支持型固体氧化物燃料电池的制备及其工作稳定性

利用固相反应法制备固体氧化物燃料电池（SOFC)的复合阳极材料NiO-ScSZ和复合阴极材料（La_0.8Sr_0.2）_0.98MnO₃(LSM), 并对组装的电解质支持型单电池NiO-ScSZ-LSM进行I V性能测试, 其输出电压每0.2 A为0.9 V. 在外加恒定电流密度(0.2 A/cm²)的条件下, 利用电化学测试仪测试该电池的总电压为每1 000 h衰减0.02 V. 电流遮断法解析表明, 该单电池电压衰减主要为阴极过电压所致.     

Z型Cu2O-(rGO-TiO2)光催化剂的制备及其对甲基橙的降解性能

通过简易的三步合成法成功制备出在日光下对甲基橙(MO)具有良好光催化性能的Z型Cu₂O-(rGO-TiO₂)光催化剂.与传统二元异质结不同,还原氧化石墨烯(rGO)作为中间介质可促进光催化剂量子效率的提升,可提高Cu₂O-TiO₂的氧化还原能力.当rGO负载量(质量分数)为1%时,Cu₂O-(rGO-TiO₂)具有最佳的光催化活性.采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)研究光催化剂的形貌结构和光学性质,采用探针法和光致发光光谱(PL)分析并验证了Z型光催化体系. Cu₂O-(rGO-TiO₂)光催化剂厚度约32.24 μm,Cu₂O呈多面柱状结构,以{111}晶面(具有良好的光催化活性)为主,TiO₂纳米颗粒均匀分散在二维单层褶皱片状结构的rGO表面,Cu₂O、TiO₂和rGO组成了Z型光催化体系.分别探究不同光源和rGO负载量对光催化性能的影响.结果表明:在模拟太阳光照射条件下,中间介质rGO的存在提升了量子效率,增强了光催化剂性能,Cu₂O-(1%rGO-TiO₂)光照2 h对甲基橙的催化降解率为58%.该Z型光催化剂可被应用于染料废水的降解,研究结果为环境治理提供了新的技术发展思路.