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本文是应用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了镍氧化物以及镍氧化物与二维层状材料生成的复合物的结构及光电属性。计算了NiO与二维层状类石墨烯材料(石墨烯、氮掺杂石墨烯、氟掺杂石墨烯、g-C3N4)之间复合材料的几何结构、能带结构以及光催化机理。同时还计算了缺陷条件下Ni(OH)2表面的电子性质。具体工作内容如下所示:(一)本节采用第一性原理计算的方法研究了Ni(OH)2以及缺陷态Ni(OH)2的表面性能。计算了Ni(OH)2的纯洁表面与缺陷表面的态密度、结构稳定性等,结果表明,镍空位、氧空位以及镍氧空位均能提高氢氧化镍的导电性能,使得体系由绝缘体相向金属相转变。尤其是两个镍空位存在时,体系结构在热力学上最稳定,体系的导电性能更加优异。同时,比较了Ni(OH)2(001)表面与Ni(OH)2(001)-V2Ni表面对尿素分子的吸附性能,结构证明了Ni(OH)2(001)-V2Ni表面体系呈现富电子态,更加能吸附尿素分子。这些计算结果说明,通过给Ni(OH)2制造各种本征缺陷,能更好地提高其电子传输性能,使其表面活性显著增强。(二)通过模拟计算的方法研究了GR/NiO、GR-N/NiO,GR-F/NiO复合体系的光催化性能。首先计算了这三者的界面结合能,发现复合体系都有着较强的结合能力。其次,计算了复合体系的能带、态密度、功函数、光学性能,结果表明复合体系的带隙减小,体系由绝缘体相向金属相转变,使整个体系电子迁移能力大大增强,并且GR-N/NiO,GR-F/NiO复合体系有着较强的光吸收能力。最后,计算了复合体系的差分电荷密度和电子布局分析,结果表明复合体系的层间电荷转移导致NiO的Ni的d-态能量中被降低,增强了GR-N/NiO,GR-F/NiO的结合。同时,也计算了NiO、氮掺杂石墨烯、氟掺杂石墨烯和复合体系的析氢反应(HER)活性,研究发现复合体系有着更好的析氢活性,尤其是GR-F/NiO(001)的氢吸附自由能(△GH=0.08 eV)接近于Pt(111)的值(△GH=0.05 eV),表现出更加优异的析氢性能。因此,说明复合体系确实有较强的光催化性能,这也为实验合成高活性光催化材料提供实验思路。(三)基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了g-C3N4/Ni O复合体系的光催化性能。首先,计算了NiO(001)/g-C3N4以及NiO(111)/g-C3N4复合体系的界面结合能、体系电子结构、光学性能以及光催化分解水制氢的性能。结果发现,异质结体系都有较好的界面结合能力,尤其对于NiO(111)/g-C3N4复合体系,其界面结合能力达到了-9.74 eV,表明复合材料具有实验合成的可能。其次,理论计算也发现复合体系能显著地调节单相光催化剂的带隙,增强了对太阳光的光吸收能力。同时,也发现了NiO(001)/g-C3N4和NiO(111)/g-C3N4复合体系都有着较强的分解水产氢的能力。这些理论研究可以为实验合成NiO基复合光催化材料提供理论依据。