金属掺杂MoSe2的气敏性能调控和机理研究

作     者：梁本权 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李卫

授予年度：2023年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080202[工学-机械电子工程] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：第一性原理 单层MoSe2 吸附能 二维材料 

摘      要：随着工业化进程的不断加速,大量的有害气体排放导致了严重的环境污染和健康问题。因此,寻找高效的吸附剂对这些有害气体进行捕获和去除成为了一项重要的任务。近年来,二维材料因其特殊的结构和优异的性能成为了吸附剂研究的热点之一。其中MoSe是一种重要的过渡金属硫化物,由于其优良的电子输运性质和化学稳定性,成为了吸附剂领域的研究热点之一。然而,MoSe本身的吸附能力有限,因此掺杂其他的过渡金属元素成为了提高其吸附能力的一种有效途径。本研究以MoSe为基础材料,使用Material studio 8.0软件模拟仿真,主要研究内容如下:1.基于密度泛函理论研究了单层MoSe的电子结构性质以及对不同气体的吸附能力。计算得到了单层MoSe的能带图,并通过电荷布居和电荷密度图分析了Mo和Se原子的成键机制。同时,选择了五种气体(CO、HS、NH、SO和HCN),通过优化后的吸附距离和分子取向选择出最佳吸附位置。并计算了单层MoSe对这些气体的吸附性能,分析了吸附后单层MoSe的结构变化和分波态密度。结果表明,W原子和Se原子在成键过程中由Mo失电子,Se得电子。对于CO、HS、HCN、SO和NH这五种气体,单层MoSe对HCN和SO具有一定的吸附能力,而对其他气体的吸附能较弱。此外,吸附后的单层MoSe表现出了不同的分波态密度,表明它们与单层MoSe之间的相互作用方式也不同。研究结果表明,单层MoSe对HCN和SO的相互作用稍强,同样对于其他气体分子体系较弱,且总体来看吸附效果并不明显。2.研究过渡金属原子Ta、Cu、Ni、W掺杂单层MoSe电子结构和性质、掺杂体系的形成能和能带图。并计算了掺杂结构对气体CO、NH、SO、HS、HCN的吸附性质、电子结构、恢复时间。结果表明:首先,四种体系的形成能都为负值,说明反应是自发进行,体系稳定性较好。其次,在Ta掺杂模型中有一定程度的形变。除此之外,通过能带图发现掺杂后杂质带增多,且对于Ta、Ni、Cu掺杂体系基本属于P型掺杂。而W掺杂体系有转变为金属的趋势。另外,掺杂过渡金属可以显著提高MoSe材料对上述气体分子的吸附能力。对于Ta和W掺杂吸附体系来说,分别对HCN和CO吸附效果最好;Ni掺杂吸附体系对CO吸附效果最优;Cu掺杂对NH气体最敏感。在常温下只有HS气体分子能够正常脱附,而对于SO、CO、NH等吸附能较高的气体分子多数情况下需要升温条件才可正常脱附。