石墨烯等低維體系電子結(jié)構(gòu)與氫氣存儲(chǔ)的理論研究

1、摘要摘要石墨烯表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，如高電子遷移率、高熱導(dǎo)率、常溫霍爾效應(yīng)、無(wú)質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米子等，使其在眾多領(lǐng)域都擁有巨大的應(yīng)用前景。而隨著石墨烯的廣泛研究，石墨烯納米帶也很快地進(jìn)入了人們的視野。石墨烯納米帶已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)具有很多優(yōu)越的性質(zhì)，如帶隙調(diào)控、半金屬等，相比鋸齒型石墨烯納米帶，扶手椅型石墨烯納米帶因缺乏磁性以及費(fèi)米能級(jí)附近的邊緣態(tài)而相對(duì)研究較少，但一些理論研究表明，相比鋸齒型石墨烯納米帶，扶手椅型石墨烯納米帶從能量以及

2、熱力學(xué)上都更加穩(wěn)定的。本文研究了通過(guò)化學(xué)上常用的引入磁性的方法．基團(tuán)修飾，成功地在無(wú)磁性的扶手椅型石墨烯納米帶中引入了磁性，并研究了其磁性機(jī)理。隨著石墨烯的廣泛研究，研究者們開(kāi)始對(duì)其它二維納米材料產(chǎn)生了很大的興趣。另一種和石墨烯結(jié)構(gòu)類似的I I I ．V 族化合物二維材料．單層六角氮化硼也因其良好的熱穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性等引起了人們極大的研究熱情。在氮化硼納米帶中也發(fā)現(xiàn)一些有趣的物理性質(zhì)，例如帶隙可以通過(guò)納米帶寬度、碳摻雜以及斯達(dá)克效應(yīng)

3、來(lái)調(diào)控，另外，也可以通過(guò)外加電場(chǎng)或硼邊飽和氫原子實(shí)現(xiàn)半金屬特性。本文研究了常見(jiàn)的雜質(zhì)．空位對(duì)于氮化硼納米帶的電子結(jié)構(gòu)和磁性的影響，并成功地在此體系中得到了和納米帶寬度無(wú)關(guān)的自旋無(wú)帶隙( s p i n g a p l e s s ) 半導(dǎo)體。幾十年來(lái)，人們對(duì)發(fā)現(xiàn)新的碳同素異形體有著極大的興趣。石墨炔作為一種s p 雜化軌道與礦雜化軌道并存的二維碳的同素異形體，很早就被理論證明是最容易合成的人造碳材料。近期石墨炔終于在銅襯底上被成功合成，

4、實(shí)驗(yàn)證明它是電導(dǎo)率為2 ．5 1 6 * 1 0 4S m - 1 的半導(dǎo)體，其電導(dǎo)率可與硅比擬。隨著世界范圍內(nèi)對(duì)能源的需求越來(lái)越大，氫氣作為一種重要的清潔能源備受關(guān)注。碳納米材料因其高表比面積、多孔洞等特點(diǎn)被認(rèn)為是一種良好的儲(chǔ)氫材料。本文研究了石墨炔中的氫氣存儲(chǔ)。第一章首先簡(jiǎn)單介紹石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和主要制備方法，從石墨烯引入石墨烯納米帶實(shí)驗(yàn)和理論的研究現(xiàn)狀；然后介紹與石墨烯結(jié)構(gòu)類似的單層六角氮化硼以及氮化硼納米帶的制備和電子

5、結(jié)構(gòu)等；最后簡(jiǎn)單介紹一下氫氣存儲(chǔ)的現(xiàn)狀。第二章簡(jiǎn)要介紹了密度泛函理論、波函數(shù)構(gòu)造、贗勢(shì)等方法，并引入范德瓦摘要第七章是對(duì)本文的一個(gè)簡(jiǎn)要總結(jié)。關(guān)鍵詞：石墨烯、氮化硼、納米帶、空位、基團(tuán)、第一性原理方法、自旋無(wú)帶隙半導(dǎo)體、瘍磁性、氫氣存儲(chǔ)、外電場(chǎng)、拓?fù)浣^緣體。中圖分類號(hào)：0 4 6 9I I II I I II I l l l l L U l l l l l l l ll l l l l l l l l l l Ul l IY 2 7 0