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自旋-轨道耦合作用对共轭导电聚合物电子结构性质的影响

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科技创新导报 2012年第5期9卷 114-114,116页

作者：李慧王玉良吴世永海军航空工程学院基础部山东烟台264001

本章从理论上计算了Rashba自旋-轨道相互作用对有机聚合物电子结构性质的影响。发现自旋-轨道相互作用使一维有机物中自旋沿yv方向的能带与自旋沿?yv方向的能带发生劈裂(一维有机链沿xv方向,Rashba电场沿zv方向),这个劈裂不同于塞曼效... 详细信息

本章从理论上计算了Rashba自旋-轨道相互作用对有机聚合物电子结构性质的影响。发现自旋-轨道相互作用使一维有机物中自旋沿yv方向的能带与自旋沿?yv方向的能带发生劈裂(一维有机链沿xv方向,Rashba电场沿zv方向),这个劈裂不同于塞曼效应导致的能级劈裂,它并不消除自旋兼并;并使有机物聚合物的能带变宽、带隙变小,但由于有机物中自旋-轨道相互作用比较弱,变化并不明显。

关键词：自旋-轨道耦合作用一维有机聚合物电子结构性质

一类FCC构型的硫醇配体稳定的金纳米团簇的拓扑结构演化及电子结构性质

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一类FCC构型的硫醇配体稳定的金纳米团簇的拓扑结构演化及电子结...

中国化学会第十届全国无机化学学术会议

作者：熊琳汪璞裴勇湘潭大学化学学院

过去20年,贵金属纳米团簇的合成和性质研究发展迅速,特别是一类原子精确的有机配体如硫醇稳定的金纳米团簇的合成及结构确定极大地丰富了研究者对贵金属无机纳米团簇的结构演化和结构-性质关系的认识。采用量子化学计算手段,本课题组近... 详细信息

过去20年,贵金属纳米团簇的合成和性质研究发展迅速,特别是一类原子精确的有机配体如硫醇稳定的金纳米团簇的合成及结构确定极大地丰富了研究者对贵金属无机纳米团簇的结构演化和结构-性质关系的认识。采用量子化学计算手段,本课题组近年来较为系统地研究了40余个不同组成的有机配体保护的金、银及其合金纳米团簇的结构和性质,并在此基础上总结出一些基本的结构演化规律和结构-电子结构性质关系。正确地理论预测多个团簇的结构、总结提出FCC构型的硫醇-金纳米团簇的结构演化地图,部分阐明了此类团簇的亲核生长机制、尺寸依赖的光学及电子结构性质等。理论计算结果能够加深研究者对此类原子精确团簇体系的结构和性质的认识。

关键词：硫醇配体稳定的金纳米团簇结构理论电子结构性质密度泛函理论计算

来源： cnki会议评论

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铈掺杂铝氢化钠脱氢性能的计算模拟

原子与分子物理学报 2025年 33-42页

作者：仝小刚杨淑萍陇南师范学院数学与信息技术学院陕西理工大学数学与计算机科学学院

利用从头计算方法研究了稀土金属掺杂剂Ce对铝氢化钠（NaAlH4）纳米晶体脱氢性能的影响机理.结果表明,掺杂剂Ce主要影响其临近原子的电子结构,其周围氢原子的脱氢能显著降低,NaAlH4的脱氢性能得到很大改善.脱氢效果敏感依赖于Ce原子的... 详细信息

利用从头计算方法研究了稀土金属掺杂剂Ce对铝氢化钠（NaAlH4）纳米晶体脱氢性能的影响机理.结果表明,掺杂剂Ce主要影响其临近原子的电子结构,其周围氢原子的脱氢能显著降低,NaAlH4的脱氢性能得到很大改善.脱氢效果敏感依赖于Ce原子的掺杂方式.当Ce取代Na原子时,Ce主要与周围[AlH4]基团中的氢发生了相互作用,从而弱化了Al-H键的能量;当Ce取代Al时,脱氢性能的改进归因于[CeH4]基团中弱化的Ce-H键;而当Ce占据间隙位置时,Ce主要与临近的Al发生作用,导致[AlH4]基团的电子结构产生较大改变,有形成Ce-Al-H相的趋势. Ce-H及Ce-Al相互作用导致了Al-H键强度的减弱,这是引起Ce掺杂的NaAlH4纳米晶体脱氢性能增强的主要原因.

关键词：从头计算方法铝氢化钠脱氢能电子结构性质

二维Ta_(4)C_(3)O_(2)电子结构的拓扑性质

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上海师范大学学报（自然科学版） 2023年第5期52卷 609-615页

作者：吴有银梁云烨上海师范大学数理学院上海200234

过渡金属碳化物和氮化物也被称为MXenes材料,是一类具有独特性质的新型二维材料.经第一性原理计算发现,二维Ta_(4)C_(3)O_(2)的电子结构可能具有拓扑性质,而Ta_(4)C_(3)已被成功制备,Ta_(4)C_(3)O_(2)可通过表面功能化实现制备.这些结... 详细信息

过渡金属碳化物和氮化物也被称为MXenes材料,是一类具有独特性质的新型二维材料.经第一性原理计算发现,二维Ta_(4)C_(3)O_(2)的电子结构可能具有拓扑性质,而Ta_(4)C_(3)已被成功制备,Ta_(4)C_(3)O_(2)可通过表面功能化实现制备.这些结果将为研究MXenes材料的拓扑性质提供有利借鉴,也为今后的实际应用奠定基础.

关键词： MXenes材料拓扑绝缘体电子结构性质第一性原理计算

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石墨烯上吸附金原子团的电子结构性能研究

中国科学：物理学、力学、天文学 2014年第3期44卷 305-310页

作者：朱颖王永欣西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710000

金属原子吸附于石墨烯上可以改善石墨烯的物理性能.本文采用第一性原理研究石墨烯上吸附不同数目,不同结构的金原子团.研究发现,比起单原子吸附,石墨烯表面更容易吸附多个金原子.线性型吸附结构的原子间相互作用大,吸附能比其他结构有... 详细信息

金属原子吸附于石墨烯上可以改善石墨烯的物理性能.本文采用第一性原理研究石墨烯上吸附不同数目,不同结构的金原子团.研究发现,比起单原子吸附,石墨烯表面更容易吸附多个金原子.线性型吸附结构的原子间相互作用大,吸附能比其他结构有所增加,电荷转移量大,体系更稳定.体系的磁性大小也与吸附结构相关,直线型吸附结构无磁性,且吸附结构越不对称,净磁矩越大.研究表明,吸附不同结构的Au原子团,可以改变石墨烯本身的能带结构,使其具有金属性或者半导体性的电子性能,具有广泛的应用领域.

关键词：金原子簇吸附石墨烯第一性原理电子结构性质

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二维少层钙钛矿物性的研究进展

山西大学学报(自然科学版) 2022年第3期45卷 723-733页

作者：任伟许少文程晋荣贾帆豪上海大学物理系上海大学量子与分子结构国际中心上海大学材料科学与工程学院

随着近年实验技术的进展，一系列稳定的自支撑少层钙钛矿体系(包括氧化物钙钛矿和有机无机杂化钙钛矿)被成功制备，为设计二维多功能材料提供了巨大的机遇。文章将简略地回顾水溶性牺牲层外延和远程外延两种原子层级精确的生长技术，然... 详细信息

随着近年实验技术的进展，一系列稳定的自支撑少层钙钛矿体系(包括氧化物钙钛矿和有机无机杂化钙钛矿)被成功制备，为设计二维多功能材料提供了巨大的机遇。文章将简略地回顾水溶性牺牲层外延和远程外延两种原子层级精确的生长技术，然后从第一性原理计算角度，聚焦其电子结构和几何结构性质，论述钙钛矿在二维少层情况下所表现出的一系列新奇特征和丰富物性。最后总结这些凝聚态物质表现出的复杂性和存在的普遍性，展望其在量子输运、光电和介电等领域的潜在应用。

关键词：少层氧化物钙钛矿少层有机无机杂化钙钛矿晶格结构性质电子结构性质

几类FCC构型配体保护的金和银团簇的结构演化的理论研究

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几类FCC构型配体保护的金和银团簇的结构演化的理论研究

作者：王冰欣湘潭大学

学位级别：硕士

纳米团簇因其优异的光、电、磁和催化性质,在材料、催化、光学、生物医药等领域具有广阔的应用前景。硫醇保护金团簇和银团簇是一类重要的无机纳米材料,对其可控合成制备、结构解析以及性质的表征是近数十年以来团簇化学、材料科学和生... 详细信息

纳米团簇因其优异的光、电、磁和催化性质,在材料、催化、光学、生物医药等领域具有广阔的应用前景。硫醇保护金团簇和银团簇是一类重要的无机纳米材料,对其可控合成制备、结构解析以及性质的表征是近数十年以来团簇化学、材料科学和生命科学研究领域的研究热点之一。本文以近年来报道的系列具有精确原子组成和尺寸的有机配体保护的金和银纳米团簇为研究对象,采用密度泛函理论和含时密度泛函理论计算的手段,针对小尺寸配体保护金团簇的生长和尺寸转化机制和面心立方构型的配体保护银纳米团簇的结构演变规律及衍生出的团簇的结构和性质进行了详细的研究。研究内容分为以下两个部分:第一部分:采用包含色散校正的密度泛函理论计算方法,研究了Au(ER)和Au(ER)团簇(E=S和Se)的尺寸转化机理。硫醇和硒醇保护的Au和Au团簇在过去数年内受到了广泛的研究关注,它们的精确原子结构已获得单晶X射线衍射解析确定。本部分主要关注和研究的内容为Au和Au团簇之间的尺寸转化反应。近期的实验研究发现,Au和Au团簇可发生可逆或不可逆的精确尺寸转化反应,如在外界环境(存在还原剂的条件下)的诱导下,Au(SeR)团簇会自发转变为Au(SeR)等,此种团簇反应与有机分子反应非常类似,反应物和产物均具有精确的组成。然而,其精确的反应机理和反应路径由于实验手段的限制尚未明确。通过密度泛函理论计算的手段,本部分研究阐明了水溶性团簇Au(SR)尺寸增长形成Au(SR)团簇(R=SPhCOOH)的反应路径,阐明了还原剂NaBH作用下硒醇保护的Au(SeR)转化为Au(SeR)的反应路径和机制。揭示团簇表面上两个对称的“订书针”配体单元的增长和缩短之间是团簇尺寸转化反应的关键。第二部分:总结了具有面心立方原子构型的Ag(SR)(PR)、Ag(SR)(PR)、Ag(SR)(PR)、[Ag(SR)(PR)]、[Ag(SR)(PR)]和[Ag(SR)(PR)]等纳米团簇结构特性演化规律。发现它们是以“Ag八面体”为基本内核结构单元和Ag-SR-PR为配体保护单元的“结构同源”团簇,较大尺寸的Ag、Ag、Ag团簇均可视为由最小尺寸的Ag团簇的结构演化而来,Ag、Ag团簇经过重组获得Ag(SR)(PR)团簇。此部分研究以Ag和Ag团簇为“生长种子”,分别进行一维、二维和三维方向生长,总结了两种生长规律,并对生长过程中衍生出的团簇的结构、相对形成能、电子和光谱性质等进行讨论。

关键词：金和银纳米团簇密度泛函理论计算尺寸转化电子结构性质

新型二维MB7(M=Co,Fe)材料的晶体结构和物理化学性质的理论研究

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新型二维MB7(M=Co,Fe)材料的晶体结构和物理化学性质的理论研究

作者：杨慧敏华中科技大学

学位级别：硕士

二维材料因其独特的结构以及优越的性能被广泛应用于电子传输、能量储存、表面催化等领域。而硼元素由于缺电子性使其二维结构呈现出多样性,引起了实验和理论研究人员们的巨大兴趣。本文以密度泛函理论为基础对二维CoB、FeB体系进行全... 详细信息

二维材料因其独特的结构以及优越的性能被广泛应用于电子传输、能量储存、表面催化等领域。而硼元素由于缺电子性使其二维结构呈现出多样性,引起了实验和理论研究人员们的巨大兴趣。本文以密度泛函理论为基础对二维CoB、FeB体系进行全面的计算模拟,成功预测了一系列具有反常配比的新型二维结构,并详细研究了其物理化学性质。在本文第一部分的CoB体系中,我们提出了以全局能量最低结构CoB-1为代表的八个稳定结构。CoB-1由B-Co-B原子层有序堆叠形成互相颠倒的双三明治构型,通过各方面的计算验证了其具有良好的能量、动力学及热力学稳定性。另外,我们发现当施加合适的双轴应变时,变形后结构的能量基态从非磁态转变为铁磁态。我们认为这种仅通过施加小幅度应变就能发生磁性转变,而不需要改变温度等其他外界条件的新型二维金属硼化物,在纳米磁性器件中会有很好的应用前景。对于本文第二部分的FeB体系,我们同样发现了几个具有代表性的稳定结构,并将全局最低结构FeB-1及其孪生结构作为整体对比分析。FeB-1及其孪生结构的构型都是由Fe原子位于中心与上下硼层相连,并在内部形成对称三明治。经过材料稳定性计算表明三者均是能量、动力学、热力学稳定的硼合金。电子性质计算显示,上述结构都为具有铁磁性的金属性材料。而FeB-1的孪生结构FeB-4和FeB-8由于自身特殊的能带结构,将有望作为自旋电压过滤器件得到应用。且在施加双轴应变之后,FeB-4出现了新的“类禁带”能带,更大范围的实现了自旋过滤效应,这种特性显示了其作为新型二维合金材料在电子传输领域的广阔应用潜能。此外,FeB-1独特的机械性能也使我们相信其可以在新型柔性二维材料的方向得到充分应用。我们通过全面的理论计算提出了多种构型新颖的二维金属硼化物,并揭示了其化学键本质及稳定化机理,且证实了具有实验制备的可行性。相信能为后续研究打下夯实的基础,并为未来实验合成提供理论指导。

关键词：新型二维材料反常配比的金属硼化物密度泛函理论第一性原理计算和分子动力学模拟晶体结构预测电子结构性质

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联苯网络硼氮对应物的理论设计

联苯网络硼氮对应物的理论设计

作者：马雪丹吉林大学

学位级别：硕士

随着科学技术日新月异的快速发展,应用器件小型化已逐渐成为科研人员的新目标。低维材料凭借其结构的特异性,展现出许多不同于传统三维材料的物理、化学特性。如二维材料中电子的运动被局限在平面内,其导电性在平面内会高于其他方向,因... 详细信息

随着科学技术日新月异的快速发展,应用器件小型化已逐渐成为科研人员的新目标。低维材料凭借其结构的特异性,展现出许多不同于传统三维材料的物理、化学特性。如二维材料中电子的运动被局限在平面内,其导电性在平面内会高于其他方向,因此其在纳米器件中具有良好的应用前景。二维材料随着石墨烯的成功制取而被全球的科学家广泛关注。近年来科研人员将研究热点转化为对除石墨烯以外的平面sp杂化碳同素异形体如类石墨烯和联苯网络的探索。不论是实验合成还是理论预测都提出了大量的新型二维材料。理论设计新型材料可以预测其结构、机械和电子结构等性质,也可以根据模拟结果来预测其用途。但是由于碳原子奇特的杂化和键连方式使其在平面内难以形成除六边形外的稳定的环状结构。2021年Science上报道了通过表面互聚脱氢氟化(HF-zipping)反应,成功制取出由sp杂化碳原子周期性排列的四元环、六元环和八元环的二维平面联苯网络化合物(BPN)。此工作对平面碳同素异形体材料的制备具有指导意义。虽然B-N对是C-C对的等电子体,但是由于电子排布的不同造成B-N键具有明显的极性。因此,科研人员也常用B-N来掺杂碳材料,通过其自带的极性在材料内部产生内建电场,进而调控材料的理化性质,甚至完全替换碳元素来设计出全新的硼氮化合物。因此我们用B-N来替换BPN中的C-C,得到了具有4-、6-和8-元环的联苯网络的一种新的B-N对应物,并命名为bi-BN。首先我们对bi-BN的内聚能进行了计算,其内聚能与其他二维氮化硼材料相比较低,比h-BN高约0.21 e V,表明其具有较高的合成可能性;在500 K和1000 K下对其进行Ab Initio Molecular Dynamics(AIMD)模拟,结果表明其热力学稳定性良好;接着模拟了其声子色散关系,以证明bi-BN的晶格动力学稳定性。综合能量、热力学和晶格动力学的计算结果,验证了bi-BN其结构在理论上是可以稳定存在的。接着我们对其机械性能和电子性能进行了研究,它具有较大的二维杨氏模数,表现出较强的机械强度。虽然单层bi-BN材料的电子带隙仍较大(PBE泛函下为3.20 e V,HSE06泛函下为4.49 e V),但已明显低于单层h-BN材料和大多数其他二维氮化硼材料。本文还考虑了三维块体bi-BN晶格的四种叠加形式。根据我们的计算,最稳定的堆积形式是所谓的AB堆积形式,即上层的B和N原子分别对应下层的N和B原子。但不同堆积形式之间的能量差异只有每原子几毫电子福特量级,此结果表明三维堆积的bi-BN类似于石墨和三维h-BN,可能存在层间滑动。不仅是堆积形式,其物理性质可以通过施加外力来控制,如外加静水压会在一定程度上减小块状bi-BN晶格的带隙宽度。我们希望本工作预测的新型的二维氮化硼材料以及本工作研究的成果可以为新型低维氮化硼材料甚至是其他低维材料的预测和合成提供新的思路,拓展应用低维材料的家族成员。

关键词：氮化硼联苯密度泛函理论电子结构性质第一性原理计算