五边形石墨烯双层电子性能及磁性调控的第一性原理研究

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作者 吴旌贺 丁雅妮 +3 位作者 郭梦雨 陈卫光 王美娟 史金磊 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第5期67-71,共5页

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们研究了五边形石墨烯双层结构表面氢氟化对其电子结构及磁性的调控.计算结果表明,氢氟化的五边形石墨烯双层可以在价带顶和导带底出现自旋极化态,从而诱导出磁性且有效降低带隙.基于这一特性,... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们研究了五边形石墨烯双层结构表面氢氟化对其电子结构及磁性的调控.计算结果表明,氢氟化的五边形石墨烯双层可以在价带顶和导带底出现自旋极化态,从而诱导出磁性且有效降低带隙.基于这一特性,我们进一步发现通过调控氢氟化覆盖度能够有效调节体系带隙及磁矩,并且随着覆盖度增加实现了五边形石墨烯双层从半导体-金属-半导体的转变. 展开更多

关键词 五边形石墨烯双层 电子结构和磁性调控 第一性原理计算

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氢化与氟化五边形石墨烯双层电子性能调控的第一性原理研究

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作者 史金磊 陈家豪 +6 位作者 胡继松 贾晨怡 任静 韩敬戈 单晶晶 朱梓铭 丁锦锦 《原子与分子物理学报》 北大核心 2024年第5期29-32,共4页

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们研究了氢化、氟化及氢氟化五边形石墨烯双层对其电子性能的调控. 计算结果表明,氢化和氟化的五边形石墨烯双层可分别在价带顶及导带底形成局域的电子态而显著降低带隙. 基于这一特性,我们进... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们研究了氢化、氟化及氢氟化五边形石墨烯双层对其电子性能的调控. 计算结果表明,氢化和氟化的五边形石墨烯双层可分别在价带顶及导带底形成局域的电子态而显著降低带隙. 基于这一特性,我们进一步研究氢氟化的五边形石墨烯双层结构对电子能带的影响,并且发现通过调控氢氟化覆盖度能够有效调节带隙,进而实现五边形石墨烯双层从半导体到金属态的转变. 展开更多

关键词 五边形石墨烯双层 电子性能调控 第一性原理计算

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P-block基金属原子在TiO_(2)(110)表面的吸附及扩散性质研究

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作者 丁雅妮 郭梦雨 +3 位作者 王博涵 贾晨怡 王美娟 史金磊 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第6期17-21,共5页

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们系统研究了p-block金属原子(Sn,Sb,Bi和Te)在TiO_(2)(110)表面上的吸附及扩散行为.计算结果表明Sn,Sb及Bi金属原子在TiO_(2)(110)表面上具有较大的吸附能和较高的扩散势垒,倾向于形成分散的p-... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们系统研究了p-block金属原子(Sn,Sb,Bi和Te)在TiO_(2)(110)表面上的吸附及扩散行为.计算结果表明Sn,Sb及Bi金属原子在TiO_(2)(110)表面上具有较大的吸附能和较高的扩散势垒,倾向于形成分散的p-block单原子,然而对于Te金属原子,由于其与衬底结合能相对较弱且扩散势垒较低而更倾向于形成团簇,该研究结果有助于为实验上构建基于p-block的金属单原子催化剂提供理论依据. 展开更多

关键词 p-block单原子催化剂 吸附及扩散势垒 第一性原理计算

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五边形石墨烯氧气吸附与解离特性研究

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作者 吴旌贺 丁雅妮 +2 位作者 郭梦雨 陈卫光 史金磊 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第4期40-44,共5页

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了O_(2)在五边形石墨烯(PG)上的吸附与解离动力学行为.研究结果表明,PG并不能有效地激发O_(2),形成稳定的氧吸附结构需要克服约0.54 eV势垒,并且吸附的O_(2)分解需要克服约0.82 eV势垒.然而,O... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了O_(2)在五边形石墨烯(PG)上的吸附与解离动力学行为.研究结果表明,PG并不能有效地激发O_(2),形成稳定的氧吸附结构需要克服约0.54 eV势垒,并且吸附的O_(2)分解需要克服约0.82 eV势垒.然而,O_(2)分解后的PG衬底结构却能使后续吸附的O_(2)分子自动分解,破坏C-C键,以致PG在空气中难以稳定存在.基于此,为了避免PG结构在空气中被氧化,我们进一步提出将过渡金属原子吸附PG,使得O_(2)更容易被过渡金属原子吸附与激发,从而避免了PG被氧化. 展开更多

关键词 五边形石墨烯 O_(2)吸附与解离 第一性原理计算

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气体分子在类石墨烯材料负载单个金属原子表面的吸附特性 被引量：2

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作者 董博方 苏宇峰 +4 位作者 吴东洋 度世豪 高路洋 陈卫光 唐亚楠 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2022年第1期6-12,共7页

采用密度泛函理论方法研究了不同种类和数量的气体小分子在类石墨烯材料(graphenylene)衬底支撑的金属原子(M=Co,Mo和Pd,gra-M)表面的吸附特性,系统地分析了吸附不同数量的NO和CO分子的稳定构型,吸附能,电荷转移量以及引起的体系电子结... 采用密度泛函理论方法研究了不同种类和数量的气体小分子在类石墨烯材料(graphenylene)衬底支撑的金属原子(M=Co,Mo和Pd,gra-M)表面的吸附特性,系统地分析了吸附不同数量的NO和CO分子的稳定构型,吸附能,电荷转移量以及引起的体系电子结构和磁性变化.研究结果表明:(1)NO、CO气体小分子的稳定吸附位在金属原子顶位,吸附物与衬底间的电荷转移量表明负载不同的金属原子能够有效地调制类石墨烯材料的气敏特性;(2)单个和两个气体分子吸附能够引起gra-M体系的自旋电荷密度分布发生变化,进而使得气体吸附体系表现出不同磁矩大小. 展开更多

关键词 类石墨烯材料 气体小分子 吸附 磁性

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理论研究过渡金属原子修饰石墨炔材料的功能性

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作者 陈卫光 赵高 +5 位作者 史金磊 张海泉 董博方 度世豪 高路洋 唐亚楠 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2022年第5期31-38,共8页

采用基于密度泛函理论中第一性原理方法分别对石墨炔负载过渡金属原子(M-gra)体系的稳定构型以及对多种气体小分子的灵敏度和选择性进行理论研究.计算结果表明金属原子吸附在孔洞结构的H2位具有高稳定性,不同种类的金属原子能够有效调... 采用基于密度泛函理论中第一性原理方法分别对石墨炔负载过渡金属原子(M-gra)体系的稳定构型以及对多种气体小分子的灵敏度和选择性进行理论研究.计算结果表明金属原子吸附在孔洞结构的H2位具有高稳定性,不同种类的金属原子能够有效调控石墨炔体系的电子特性和具有不同的磁矩.比较气体分子的吸附能大小,M-gra衬底对O和OH表现出高的灵敏度,单个NO、NO_(2)和O_(2)的稳定性高于CO分子.此外,小分子吸附的M-gra体系具有金属、半金属和半导体特性,在电子和气敏器件领域具有潜在应用. 展开更多

关键词 石墨炔 过渡金属原子 气体分子 电子性质 磁矩

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硅烯双层纳米管自旋劈裂及半金属特性研究

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作者 宋涵 张红怡 +3 位作者 平淑月 董博方 赵毅丹 史金磊 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2023年第1期89-93,共5页

在低维材料体系中寻找半金属,对实现纳米自旋电子器件具有重要的研究意义.基于第一性原理密度泛函理论计算方法,研究了AB堆栈的双层硅烯结构及其自旋极化的电子结构间的映射关系,发现其导带底和价带顶都具有负的变形势.基于此,我们预测... 在低维材料体系中寻找半金属,对实现纳米自旋电子器件具有重要的研究意义.基于第一性原理密度泛函理论计算方法,研究了AB堆栈的双层硅烯结构及其自旋极化的电子结构间的映射关系,发现其导带底和价带顶都具有负的变形势.基于此,我们预测硅烯双层在弯曲应力作用下,原本简并的空间自旋分布对称性打破,其自旋简并的电子态会出现自旋劈裂,因此双层硅烯纳米管会出现我们预期的半金属性.计算结果表明,AB堆栈结构的硅烯双层纳米管(55,0)出现了半金属态,并且具有较好的磁稳定性.该结果对低维材料体系实现半金属性提供理论借鉴. 展开更多

关键词 硅烯双层纳米管 自旋劈裂 半金属 第一性原理计算

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H_(2)O分子在五边形BCN上的吸附与解离特性研究

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作者 史金磊 付龙 +2 位作者 时俊仙 冯祎 王美娟 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2024年第2期31-34,共4页

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了H_(2)O分子在五边形BCN上的吸附与解离过程.研究结果表明,五边形BCN结构的B原子是H_(2)O分子的最稳定的活性吸附位点.H_(2)O分子在该活性位点极易解离,其初步解离过程为放热反应且分解势垒... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了H_(2)O分子在五边形BCN上的吸附与解离过程.研究结果表明,五边形BCN结构的B原子是H_(2)O分子的最稳定的活性吸附位点.H_(2)O分子在该活性位点极易解离,其初步解离过程为放热反应且分解势垒仅为0.191 eV,并形成稳定的OH/H产物.深入研究发现,H_(2)O分子初步解离后的五边形BCN表面,可直接分解后续吸附的H_(2)O分子.该研究结果为五边形BCN对H_(2)O分子的吸附解离机制提供理论借鉴. 展开更多

关键词 五边形BCN H_(2)O吸附解离 第一性原理计算

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H_(2)S在五边形BCN上的吸附与解离的第一性原理计算研究

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作者 史金磊 时俊仙 +2 位作者 付龙 赵高 王丽丽 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2024年第1期59-63,共5页

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了H_(2)S分子在五边形BCN上的吸附与解离过程.研究结果表明,五边形BCN结构的B原子是H_(2)S分子的最稳定的活性吸附位点. H_(2)S分子在该活性位点极易解离,其初步解离过程为放热反应且分解势... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了H_(2)S分子在五边形BCN上的吸附与解离过程.研究结果表明,五边形BCN结构的B原子是H_(2)S分子的最稳定的活性吸附位点. H_(2)S分子在该活性位点极易解离,其初步解离过程为放热反应且分解势垒仅为0.208 eV,并形成稳定的HS/H产物.深入研究发现,H_(2)S分子初步解离后的五边形BCN表面,可直接分解后续吸附的H_(2)S分子.该研究结果为五边形BCN对H_(2)S分子的吸附解离机制提供理论借鉴,并且首次提出五边形BCN可作为功能性材料净化有害气体H_(2)S的理想候选者. 展开更多

关键词 五边形BCN H_(2)S吸附解离 第一性原理计算

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五边形石墨烯负载Pt单原子稳定性能的应变调控 被引量：1

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作者 史金磊 王丽丽 +2 位作者 时俊仙 赵高 付龙 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2023年第5期94-98,共5页

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Pt原子在五边形石墨烯(PG)上的吸附与动力学行为.研究结果表明,单个Pt原子在PG上虽然具有较大的吸附能及较高的扩散势垒,却不能够在衬底形成均匀分散的单原子.这是因为,随Pt原子数增加,Pt_(... 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了Pt原子在五边形石墨烯(PG)上的吸附与动力学行为.研究结果表明,单个Pt原子在PG上虽然具有较大的吸附能及较高的扩散势垒,却不能够在衬底形成均匀分散的单原子.这是因为,随Pt原子数增加,Pt_(n)(n=1,2,3)在PG上的平均结合能也逐渐增加,更倾向于形成团簇,该发现有效否定了之前的报道称Pt能在PG上形成稳定的单原子催化剂这一结论(Phys.Chem.Chem.Phys.21,12201(2019)).基于此,我们考虑对PG施加双轴应变,随着拉伸应力增加,Pt金属原子间的平均结合能逐渐降低,当拉伸应变施加至12%左右时,单个Pt在衬底上的结合能与Pt_(2)在衬底上的平均结合能相等,从而实现PG上均匀分散的Pt单原子催化剂.该结果对五边形石墨烯基材料应变调控实现单原子催化剂提供理论借鉴. 展开更多

关键词 五边形石墨烯 单原子催化剂 应变调控 第一性原理计算

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第一性原理研究气体小分子吸附的石墨烯负载金属原子体系 被引量：1

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作者 高路洋 牛佳洁 +4 位作者 周梅梅 周欣瑶 闫婉迪 陈卫光 唐亚楠 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2022年第4期49-54,共6页

石墨烯负载的单个金属原子体系(M-gra)具有高的结构稳定性,显正电性的金属原子可作为活性位用在气敏器件和催化材料.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究单个有毒气体小分子(NO和CO)在M-gra表面的吸附特性.研究结果表明:单个N... 石墨烯负载的单个金属原子体系(M-gra)具有高的结构稳定性,显正电性的金属原子可作为活性位用在气敏器件和催化材料.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究单个有毒气体小分子(NO和CO)在M-gra表面的吸附特性.研究结果表明:单个NO分子吸附的稳定性高于CO分子,由于其能够从反应衬底获得更多的转移电荷,因此,M-gra衬底对NO分子表现出高的灵敏度.此外,不同小分子吸附能够改变M-gra体系的电荷密度和自旋电荷分布,进而使得气体分子吸附体系表现出不同大小的磁矩.通过对比气体分子吸附前后M-gra体系的磁矩变化,能够有效判断吸附分子和反应衬底的类型. 展开更多

关键词 气体小分子 吸附特性 电子结构 密度泛函理论

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