MoS2结构稳定化的第一性原理研究

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MoS2是有潜力替代Pt的催化剂材料。其中1T-MoS2属于亚稳相,在低温加热过程中,会转变为2H相,并且作为二维材料,会发生不稳定的团聚。本文针对MoS2稳定化的问题,基于第一性原理计算方法,构建稳定的MoS2相,并研究其稳定化机理。本文结合前期实验经验选择金属元素(Co、Ni)和非金属元素(C、N)以及金属氧化物Al2O3作为研究1T-MoS2稳定化的材料。对比分析这些元素的添加对于1T-MoS2电子结构和能量变化的影响规律。论文对于提高MoS2稳定性具有重要意义。论文综合应用了第一性原理的方法,从电子结构和能量变化两个方面研究了吸附Co和Ni后1T-MoS2主体的变化,考虑25%比例和100%比例的引入,结合实验结果构建50%Co和50%Ni共同引入到1T-MoS2表面情况,建立了合理的研究体系。考虑借鉴以往制备改性材料中常用的掺杂吸附实验经验,探讨C和N掺杂和吸附对于1T-MoS2电子结构的影响规律,然后建立了低、高浓度吸附C和N的体系和低、高浓度掺杂C和N的体系。最后,研究了Al2O3的引入,对1T-MoS2的性质的改变,以原始Al2O3、1T-MoS2、2H-MoS2为参考点,建立复合体系,并结合实际的工艺,结合强度的不同,造成的结合距离的差异构建不同层间结合距离的体系,研究这些体系结构的不同。论文获得以下结论:对于Co、Ni元素吸附于1T-MoS2的体系,由于引入了Co和Ni后的各体系中,1T-MoS2为主体的导体性能没有发生明显变化。材料的自旋磁性和元素类别和配比之间存在一定的关系,其中Co元素增强了自旋特性,Ni元素维持了轨道分布趋势。在能量变化分析中,共引入模型中50%Co和50%Ni的总势垒也是最高的,这和实验中Co、Ni共掺杂稳定化提高相符。对于C、N元素掺杂和吸附1T-MoS2的体系:在能带结构中,高比例吸附100%C在1T-MoS2表面时,体系的能带结构与1T-MoS2最相符,其次是高比例吸附100%N在1T-MoS2表面时。掺杂体系下与原始体系有较大差别。可以初步100%C吸附于1T-MoS2时,对其稳定化有促进的作用。Al2O3作为1T-MoS2和2H-MoS2稳定化负载的结构:可以发现Al2O3未改变1T-MoS2的导体的性质,也未改变2H-MoS2的直接带隙半导体的性质。在1T-MoS2/Al2O3的复合体系中,不同层间距离下,1T-MoS2的差分电荷密度分布无明显变化,Al2O3的差分电荷密度分布有较大改变。说明Al2O3是潜在的稳定1T-MoS2性质的载体。该论文有图38幅,表5个,参考文献83篇
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