过渡金属掺杂硫化锌结构、电学和磁学性质

作     者：薛国伟 

作者单位：辽宁科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李志;李金莲

授予年度：2023年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：ZnS团簇 密度泛函理论 电学性质 磁学性质 

摘      要：Zn S作为常见的金属硫化物,应用领域广泛,研究价值较大。由于纯Zn S材料自身的缺陷,掺杂是改善金属硫化物材料物理化学性质的重要方法。通过第一性原理研究了过渡金属TM原子内嵌ZnS团簇的结构、电子和磁学性质。根据平均结合能和嵌入能,Sc、V、Fe、Ni、Zn、Nb、Rh、Ta和Pt原子倾向于与ZnS团簇相互作用。Mülliken电荷最大值（0.331|e|、1.032|e|和0.436|e|）出现在Sc、Y和Lu处,最小值（-0.111|e|、-0.301|e|和-0.462|e|）出现在Cu、Rh和Pt处。对于TM@ZnS团簇,TM原子的自旋密度最大值（5.484|e|、5.039|e|、1.565|e|和4.201|e|）出现在Cr、Mo、Ru和Re处。通过第一性原理研究了过渡金属取代ZnS笼状团簇的结构、电子和磁学性质。由于TM原子和Zn原子的电子亲和力不同,Rh、Pd、Ir、Pt和Au原子倾向于内嵌ZnS分子。在TMZnS团簇中,Mülliken电荷的最大值（0.700|e|、1.250|e|和0.845|e|）出现在Sc、Y和Lu处,Mülliken电荷的最小值（-0.042|e|、-0.257|e|和-0.344|e|）出现在Mn、Rh和Pt处,所有TMZnS团簇的自旋密度降为零。通过第一性原理研究了TM_n@ZnS（n=1-3）团簇的结构、电子和磁性。原始ZnS团簇的结构在内嵌TM_n原子时发生较大的扭曲。从平均结合能来看,Ni@ZnS、Ti@ZnS、V@ZnS、Co@ZnS和Ni@ZnS团簇比原始的ZnS团簇结构更稳定。TM_n@ZnS（TM=Mn、Fe、Co和Ni、n=1-3）团簇的自旋密度,受到TM原子内嵌数目的影响。通过第一性原理研究了TMZnS团簇的结构、电子性质和偶极矩。通过比较平均结合能,发现TMZnS（TM=Ti和Ni）团簇比其他团簇更稳定。由于TM（TM=Ti、Ni和Cu）原子位于基态TMZnS团簇的边缘,TM原子的d轨道与S原子的p轨道在费米能级附近的杂化较弱,使得TMZnS（TM=Ti、Ni和Cu）团簇的偶极矩大于其他团簇的偶极矩。