二维As2O3光催化性质理论研究

基于密度泛函理论的超软赝势第一性原理计算方法, 该文提出了一种新型P-3m1相二维As2O3, 并研究其结构稳定性, 电子结构和光催化性质. 计算结果显示, 二维As2O3具备较好的稳定性, 并具有1.04 eV的间接能隙. 基于形变势理论进一步计算了As2O3的载流子迁移率, 发现其电子和空穴的迁移率表现出明显的各向异性, 沿armchair和zigzag方向的电子/空穴迁移率分别为1259.91/115.41 cm2·V－1·s－1和1254.21/36.12 cm2·V－1·s－1, 这说明As2O3具备很低的电子－空穴复合率, 拥有较高的光催化活性. 对比标准氢电极的氧化还原势发现, 二维As2O3具备2.57 eV的氧化势能, 能够光催化水裂解出O3, O2 和H2O2等. 此外, 二维As2O3对可见光和紫外光表现出强烈的吸收效果, 吸收系数高达105 cm－1. 这表明二维As2O3在纳米电子器件和光催化领域有着潜在的应用前景.     

基于Ag_2WO_4光催化材料的第一性原理计算

通过第一性原理密度泛函理论计算Ag_2WO_4光催化剂的能带结构、态密度和光生载流子的有效质量.结果表明,Ag_2WO_4为带隙1.84eV的直接带隙半导体,对光吸收过程很有利;Ag_2WO_4的光生载流子具有较小的有效质量,且光生电子与空穴的有效质量具有较大的差异性,极大地促进了光生电子和空穴的有效分离、转移,使Ag_2WO_4具有较高的光催化活性.     

空位缺陷对CrSi_2光电性能的影响

采用第一性原理方法,计算含空位缺陷CrSi2的电子结构和光学性质,并分析含Cr和Si空位缺陷的CrSi2光电性能.结果表明:Cr和Si空位均使CrSi2的晶格常数和体积变小;能带结构密集而平缓,且整体向上移动,Si空位缺陷形成带隙宽度为0.35eV的p型间接带隙半导体,Cr空位缺陷在原禁带间出现两条新的能带;含空位缺陷CrSi2的电子态密度仍主要由Cr3d层电子贡献,Si空位缺陷对电子态密度的影响较小,Cr空位缺陷提高了Fermi面处的电子态密度;与CrSi2相比,含空位缺陷CrSi2的介电峰均向低能方向略有偏移且峰值降低,吸收系数明显变小.     

应变和电场调控HfSe_2/PtSe_2异质结的电子结构

本团队通过基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统地研究了HfSe_2/PtSe_2范德瓦尔斯异质结(van der Waals heterostructures, vdWHs)的电子性质,包括堆垛方式、层间耦合、应变和外电场的影响.发现堆垛方式可以调节能带对齐类型——AA, AB′和AC′堆垛时为Ⅱ型, AB, AC, AA′则为Ⅰ型.在六种堆垛方式中,AA堆垛是最稳定的,其层间距为2.87?,带隙为1.0 eV, Ⅱ型的能带对齐方式有利于电子-空穴载流子的分离.进一步的计算表明, HfSe_2/PtSe_2异质结的电子性质可以通过垂直应变和双轴面内应变有效调节:在施加应变或改变层间距后,可以在HfSe_2/PtSe_2异质结中观察到从Ⅱ型到Ⅰ型能带对齐类型的转变;不仅如此,压缩应变和层间耦合还可以有效调控异质结的带隙大小.本研究将为未来HfSe_2/PtSe_2异质结在纳米电子及光电设备中的应用提供理论基础.     

MoTe2的电子结构及光学性质的理论研究

利用密度泛函理论第一性原理方法对MoTe_2的能带结构、能态密度和光学性质进行了理论计算,得到能带结构、态密度、光吸收谱、能量损失谱和介电函数等光学性质。结果表明:MoTe_2具有间接带隙宽度为1.066 eV的半导体材料,价带主要由Mo的5s4p价电子和Te的5s5p价电子起主要作用;导带由Mo和Te的4d价电子起主要作用。由获得的光学性质可知,介电函数的实部和虚部的峰值都出现在低能区;位于可见到紫外区域的光子具有很强的吸收,最大吸收系数为2.84×10~5cm~(-1);同时在光子能量为16.40 eV处出现了共振现象,其它区域内电子之间共振非常微弱。这些光学性质奠定了该材料在制作微电子和光电子器件方面的作用。     

BaSi_2电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,对正交相BaSi2的电子结构、态密度和光学性质进行了理论计算,能带结构计算表明它是一种间接带隙半导体,禁带宽度为1.086eV;其价带主要是由Si的3s,3p及Ba的5d态电子构成,导带主要由Ba的6s,5d及Si的3p态电子构成;静态介电函数ε1(0)=11.17;折射率n0=3.35;吸收系数最大峰值为2.15×105cm-1.     

CrSi_2电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对CrSi2的能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算,能带结构计算表明CrSi2属于一种间接带隙半导体,禁带宽度为0.353eV;其能态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定;同时也计算了CrSi2的介电函数、反射率、折射率及吸收系数等.经比较,计算结果与已有的实验数据符合较好.     

第一性原理研究MoS2的电子结构及光学性质

为了系统深入地研究MoS_2的电子能带结构和光电性质,基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算和分析了材料MoS_2的电子结构及其光学性质,给出了MoS_2的能带结构、光吸收谱、电子态密度、能量损失谱、反射谱、介电函数谱等光学性质。计算结果表明:体材料MoS_2的电子跃迁形式是非垂直跃迁,具有间接带隙的半导体材料,带隙宽为1.126 eV;价带和导带的形成是由Mo和S的价电子起作用产生的。通过分析其光学性质,发现MoS_2的介电函数的实部和虚部的峰值都出现在低能区,当光子能量的升高,介电函数值会缓慢降低;材料MoS_2对可见紫外区域的光子具有很强的吸收,最大吸收系数为3.17×105cm~(-1);MoS_2在能量为18.33eV位置出现了共振现象,其它区域内能量的损失值都趋于为0,说明电子之间共振非常微弱。这些光学性质奠定了该材料在制作微电子和光电子器件方面的作用,尤其是在紫外探测器应用方面有着潜在的应用前景,为未来对MoS_2材料的进一步研究提供理论参考。     

钛酸铅光学特性的第一性原理研究

采用广义梯度近似下的密度泛函方法对PbTiO3顺电相进行研究.计算得到PbTiO3直接带隙及间接带隙的大小分别为1.77和1.66eV,且研究了PbTiO3的介电函数、反射系数、吸收系数、能量损失系数、折射系数和湮灭系数等光学性质,并基于电子能带结构对光学性质进行了解释.     

第一性原理研究Bi2Te3材料及在应变作用下的电子结构变化

通过第一性原理系统地研究了Bi2Te3块体和薄膜的电子结构及其在应变下的电子结构变化。计算结果表明:Bi2Te3块体属于直接带隙半导体,宽度约为0.177eV,Bi2Te3单QL(Quintuplelayer)薄膜则呈现间接带隙特征,带隙值约为1.031eV;在不超过3%的应变作用下,块体和薄膜材料的能带结构不受影响,但带隙宽度随应变增加成线性变化关系。
     

β-Ag_2MoO_4光催化剂的电子结构和光生载流子有效质量理论计算

利用第一性原理密度泛函理论计算β-Ag_2MoO_4的结构特征、能带结构、电子态密度和光生载流子的有效质量.结果表明,β-Ag_2MoO_4是带隙为2.0eV直接带隙半导体光催化材料,上价带主要由Ag 4d,O 2p和Mo 4d轨道组成,导带主要由Mo 4d,Ag 5s和少量的O 2p轨道构成;β-Ag_2MoO_4的光电子和空穴具有较小的有效质量,且光生电子与空穴的有效质量差异性较大,这非常有利于光生电子和空穴的有效分离、转移.研究有助于进一步揭示β-Ag_2MoO_4光催化材料反应机制,为光催化实验研究提供必要的理论支持.     

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。     

单轴应变下CaO和SrO电子结构和光学性质的第一性原理研究

为探究不同单轴应变条件对碱土金属氧化物CaO和SrO晶体材料电子结构和光学性质的影响,采用第一性原理计算方法,利用密度泛函近似理论,对晶体的能带结构、态密度和介电函数进行计算,并利用克喇末-克朗尼格关系得出晶体的光学常数.研究结果表明:无应变时,CaO和SrO晶体是宽禁带且具有直接带隙的绝缘体,施加单轴应变使晶体带隙的宽度变窄,导电性能增强,且单轴压应变对晶体电子结构的影响比拉应变对晶体电子结构影响明显.2种晶体均为各向同性材料,单轴拉应变使静介电常数变大,单轴压应变使静介电常数变小.光子能量在0~15eV时,2种材料折射率、吸收系数和反射率等光学谱的峰位和峰值均受单轴应变的影响较大,单轴拉应变使得各光学谱的峰位向能量低的方向移动,峰值升高;单轴压应变使得光学谱的峰位向能量高的方向移动,峰值降低.同时单轴拉应变使晶体静态介电常数和静折射率增大,压应变使之降低.研究表明单轴应变可以有效调节CaO和SrO的电子结构和光学性质.     

CrSi2电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于第一性原理的密度泛函理论赝势平面波方法,对CrSi2的能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算,能带结构计算表明CrSi2属于一种间接带隙半导体,禁带宽度为0．353eV;其能态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的能态密度决定;同时也计算了CrSi2的介电函数、反射率、折射率及吸收系数等．经比较,计算结果与已有的实验数据符合较好．     

HBT晶体高压下结构、电子及光学性质的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论研究富氮含能材料HBT晶体在高压下的几何结构、电子和光学性质.结果表明在考虑范德瓦尔斯色散修正的情况下，分子晶体和单分子几何结构数据与实验符合很好，误差在5%以内.零压下HBT晶体的能带带隙为4.03 eV,随着压强增大，带隙减小，高压下属于宽禁带半导体.带隙变窄，吸收系数达到2.3×10⁶ cm^-1.研究结果为进一步分析高压下HBT晶体特征提供理论参考.     

第一性原理研究Bi_2Te_3材料及在应变作用下的电子结构变化

通过第一性原理系统地研究了Bi_2Te_3块体和薄膜的电子结构及其在应变下的电子结构变化。计算结果表明:Bi_2Te_3块体属于直接带隙半导体,宽度约为0.177eV,Bi_2Te_3单QL(Quintuple layer)薄膜则呈现间接带隙特征,带隙值约为1.031eV;在不超过3%的应变作用下,块体和薄膜材料的能带结构不受影响,但带隙宽度随应变增加成线性变化关系。     

Sn1-xNxO2材料的电子结构和光学性质

采用第一性原理,以WIEN2K软件为平台对Sn1-xNxO2超晶胞体系的态密度(DOS)、能带结构、介电函数和吸收系数进行模拟计算,从理论上指出光学特性与电子结构之间的内在联系.分析结果表明:掺入杂质后体系带隙减小了0.59eV,费米能级向低能方向移动进入价带,并且由半导体变为半金属材料,N的掺入有助于p型SnO2的实...     

Zn2SiO4电子结构及光学性质的第一性原理计算

使用基于第一性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法,对三斜结构的Zn2SiO4的能带结构、态密度和光学性质进行了理论计算.能带计算结果表明,Zn2SiO4是具有能隙为1.086 eV的直接带隙半导体;其价带主要是由Zn的3d态电子和O的2P态电子构成,导带在6.5～7.5 ev之间,起主要贡献的是Zn的3p和4s...     

新型二维ZnO/InSe纳米复合材料电子结构与光催化性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论方法,系统研究了新型二维ZnO/InSe异质结的电子结构和光催化性能。计算结果表明,二维ZnO/InSe异质结的晶格失配率为3.3%,形成能为-2.43eV,表明异质结的结构稳定。异质结表现为Ⅱ型能带对齐,价带和导带的带偏置分别为0.51和1.34eV,能够有效降低电子和空穴的复合率,提高ZnO/InSe异质结的光催化性能。二维ZnO/InSe异质结是带隙值为2.23eV的直接带隙半导体材料,对应有良好的可见光吸收范围,且光吸收系数高达10~5 cm~(-1),能够进一步提升光吸收效率。此外,异质结的带边位置分别跨过水的氧化还原电位,可用于光解水制备氢气。因此,二维ZnO/InSe异质结是一种有前景的可见光光催化材料。     

BaTaO2N局域电子结构及光学性质的第一原理计算

采用基于密度泛函理论的第一原理方法计算了BaTa02N的局域能带结构、态密度和光学性质．能带结构结果表明,BaTa02N属于直接带隙半导体,其能带宽度Eg=0．62eV;价带主要由O2p,N2p和Ta5d态电子构成,且N2p态位于价带顶;导带主要由Ta5d态电子构成．基于能带结构和态密度分析了BaTaO：N的介电函数以及折射率、光电导率、吸收谱和能量损失函数等光学性质．静态介电常数（0）=6．13,折射率no=2．48,在紫外区有较大的吸收系数．