摘要：改性石墨烯储氢、气敏性能及硅纳米带掺杂性能的第一性原理研究

石墨烯，是一种由单层碳亚原子以sp2轨迹杂化产生的六角蜂窝状的平面地膜，自2004年问世此后在科知识界备受关心。石墨烯是一种零带隙的半半导体，具备崇高的热传导性、极高的电子迁徙率、超高的固有强度、极大的比外表积和杰出的透光本能。基于其特殊的晶体构造和崇高的电子个性，石墨烯已普遍运用于氢气积聚、气体传感器、锂离子干电池、晶体管、催化剂等范围。本文华用鉴于密度泛函表面的第一性道理计划本领，从石墨烯构造改性、掺杂调制动手，体例的接洽了N、B掺杂及各类空隙缺点对Pd化装石墨烯的构造宁静性、电子个性和储氢本能的感化；接洽了Pd掺杂对石墨烯吸附气体分子CO、NH3、O2和NO2的气敏本质的感化；接洽了N、B掺杂对扶手椅型和锯条型硅纳米带的构造宁静性和电磁本能的感化。重要获得如次论断：(1)体例的接洽了Pd化装N掺杂石墨烯的构造宁静性、氢积聚动作及储氢机理。接洽截止表白：三种Pd化装的N掺杂石墨烯傍边，Pd/pyridinic和Pd/pyrrolic构造最为宁静，而且每个Pd亚原子最多可吸附3个H2分子。当单个或两个H2 分子吸附于基底之上时，氢键明显延长但尚未离解，均是以分子的情势与Pd亚原子贯串，产生Pd-H2构造的Kubas复合物，属于化学吸附。H2分子的贯串体制归因于Pd-4d 轨迹和H-σ轨迹间较强的杂化，亦称作Kubas彼此效率。当第3个H2分子吸附于基底之上时，则以微漠的范德瓦尔斯力与Pd亚原子效率，属于物理吸附。对于double-side Pd/pyridinic和Pd/pyrrolic构造，均可贯串6个H2分子，相映的储氢品质密度为1.99 wt %。(2)体例的接洽了B亚原子和二类空隙缺点(辨别为单空隙SV、 585型双空隙(585-DCV)、555-777型双空隙(555-777 DCV))引入后Pd化装石墨烯的构造宁静性、氢积聚动作及储氢机理。计划截止表白：上述四种储氢基底之中，Pd/SV和Pd/585-DCV构造最为宁静，且Pd亚原子的贯串能胜过了块体Pd亚原子间的内聚能，所以Pd亚原子不妨平均的、宁静的散布于该基底之上并灵验的遏止了团簇的爆发。Pd/B-doped graphene、Pd/SV和Pd/555-777-DCV 构造最多可吸附3个H2分子。个中，Pd/B-doped graphene和Pd/555-777-DCV构造展现出与Pd/pyridinic和Pd/pyrrolic构造沟通的H2贯串体制。而Pd/SV构造则展现出不同凡响的氢积聚特性：3个H2分子均以分子的情势与Pd亚原子贯串，产生类Pd-H2的Kubas复合物。H2分子与Pd亚原子贯串的体制有两个：一是归因于Pd-4d 轨迹和H-σ轨迹间较强的杂化；二是与Pd离子和极化的H2分子间的静电彼此效率精细关系。而且，H2分子的吸附能介于0.25~0.41 eV/ H2之间，恰居于氢保存和开释须要可逆举行的理念状况，满意氢积聚的前提。(3)体例的接洽了吝啬体分子(CO, NH3, O2 和 NO2)在纯洁石墨烯和Pd掺杂的石墨烯上的吸附动作和缓敏个性。接洽表白：气体分子吸附于纯洁石墨烯的吸附能很小，介于0.08~0.24 eV之间，属于较弱的物理吸附。个中，石墨烯仅对O2和NO2分子的敏锐度较高，以是对气体分子的探测具备采用性，这与试验截止符合。相形之下，石墨烯中Pd亚原子的引入大幅度提高了基底对气体分子的反馈活性，气体分子的吸附能明显减少，既普及了气体与基底间的贯串强度，又使得基底的电导率爆发鲜明变换。所以，石墨烯中Pd亚原子的引入巩固了对探测气体分子的敏锐性，比纯洁石墨烯更符合用来气体分子传感器的制备与运用。(4)体例的接洽了N、B亚原子掺杂下的扶手型硅纳米带(ASiNRs)的构造、产生能和电子本质。计划截止表白：按照体例产生能的最小值确定，N、B杂质亚原子更简单代替边际的Si亚原子。当单个N或B亚原子及两个B亚原子共掺杂时，ASiNRs由半半导体性变化为非金属性，而对于两个N亚原子共掺杂时，ASiNRs 保持维持半半导体个性。其余，N-B共掺杂于ASiNRs边际时亦不会变换其半半导体本质。(5)体例的接洽了N、B亚原子掺杂下的锯条型硅纳米带(ZSiNRs)的构造、电子本质和磁学本能。接洽表白：与ASiNRs沟通，杂质亚原子最优先代替ZSiNRs边际处的Si亚原子。当单个N或B亚原子坐落ZSiNRs的边际处时，杂质亚原子及邻近地区的自旋被大幅度控制，ZSiNRs由从来的反铁磁态过度到铁磁态。单个N亚原子掺杂的ZSiNRs保持维持半半导体性，而单个B亚原子掺杂的ZSiNRs表露半非金属性。当双亚原子掺杂(不管是N-N、B-B仍旧N-B共掺杂)于ZSiNRs的两个边际时，因为边际处的自旋被十足控制，均展现为无磁性。其余，N-N、N-B双亚原子掺杂下ZSiNRs的构造仍旧具备半半导体性，但带隙减小；而B-B双亚原子掺杂下ZSiNRs则展现为非金属性。总体而言，N、B单元和双位掺杂及N-B共掺杂的ASiNRs和ZSiNRs在场效力晶体管、负微分电阻和自旋过滤器等硅基纳米元器件的制备上具备潜伏的本质运用。

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